30.14: Transporte de Agua y Solutos en Plantas - Presión, Gravedad y Potencial Matrico

Objetivos de aprendizaje

• Diferenciar entre presión, gravedad y potenciales mátricos en plantas

Potencial de presión

El potencial de presión también se denomina potencial de turgencia o presión de turgencia y está representado por ψ _p. El potencial de presión puede ser positivo o negativo; cuanto mayor sea la presión, mayor será la energía potencial en un sistema, y viceversa. Por lo tanto, un positivo ψ _p (compresión) aumenta ψ _total, mientras que un negativo ψ _p (tensión) disminuye ψ _total. La presión positiva dentro de las células está contenida por la pared celular, produciendo presión de turgencia en una planta. La presión de turgencia asegura que una planta pueda mantener su forma. Las hojas de una planta se marchitan cuando la presión de turgencia disminuye y reviven cuando la planta ha sido regada. Los potenciales de presión suelen estar alrededor de 0.6—0.8 MPa, pero pueden alcanzar hasta 1.5 MPa en una planta bien regada. Como comparación, la mayoría de las llantas de automóviles se mantienen a una presión de 30—34 psi o aproximadamente 0.207-0.234 MPa. El agua se pierde de las hojas a través de la transpiración (acercándose a ψ _p = 0 MPa en el punto de marchitamiento) y se restaura por absorción a través de las raíces

Figura\(\PageIndex{1}\): Presión de turgencia: Cuando (a) el potencial hídrico total (ψtotal) es menor fuera de las células que dentro, el agua sale de las células y la planta se marchita. Cuando (b) el potencial hídrico total es mayor fuera de las células vegetales que dentro, el agua se mueve hacia las celdas, lo que resulta en una presión de turgencia (ψp), manteniendo la planta erecta.

Una planta puede manipular ψ _p a través de su capacidad de manipular ψ _s (potencial de soluto) y por el proceso de ósmosis. Las plantas deben superar las fuerzas negativas del potencial de gravedad (ψg) y el potencial mátrico (ψm) para mantener un potencial de presión positiva. Si una célula vegetal aumenta la concentración de soluto citoplásmico:

1. ψ _s disminuirá
2. _{El total de} ψ disminuirá
3. la Δ entre la célula y el tejido circundante disminuirá
4. el agua se moverá a la celda por ósmosis
5. ψ _p se incrementará.

Las plantas también pueden regular ψ _p abriendo y cerrando los estomas. Las aberturas estomáticas permiten que el agua se evapore de la hoja, reduciendo el _total de ψ _p y ψ. Esto aumenta el potencial hídrico entre el agua en el pecíolo (base de la hoja) y en la hoja, fomentando así que el agua fluya desde el pecíolo hacia la hoja.

Potencial de gravedad

El potencial de gravedad (ψ _g) es siempre negativo o cero en una planta sin altura. Sin altura, no hay energía potencial en el sistema. La fuerza de gravedad arrastra el agua hacia abajo hacia el suelo, lo que reduce la cantidad total de energía potencial en el agua de la planta (ψ _total). Cuanto más alta es la planta, más alta es la columna de agua y más influyente se vuelve ψ _g. A escala celular y en plantas cortas, este efecto es insignificante y fácilmente ignorado. Sin embargo, sobre la altura de un árbol alto como una secoya costera gigante, la planta debe superar un extra de 1MPa de resistencia debido a la atracción gravitacional de —0.1 MPa m ^-1.

Potencial mátrico

El potencial mátrico (ψ _m) es la cantidad de agua unida a la matriz de una planta a través de enlaces de hidrógeno y siempre es negativa a cero. En un sistema seco, puede ser tan bajo como —2 MPa en una semilla seca o tan alto como cero en un sistema saturado de agua. Cada célula vegetal tiene una pared celular celulósica, que es hidrofílica y proporciona una matriz para la adhesión al agua, de ahí el nombre de potencial mátrico. La unión del agua a una matriz siempre elimina o consume energía potencial del sistema. Y _m es similar al potencial de soluto porque los enlaces de hidrógeno eliminan energía del sistema total. Sin embargo, en el potencial de soluto, los demás componentes son moléculas solubles hidrofílicas de soluto, mientras que en ^ _m, los otros componentes son moléculas hidrofílicas insolubles de la pared celular vegetal. _m no puede ser manipulado por la planta y generalmente se ignora en raíces, tallos y hojas bien regados.

Puntos Clave

• Cuanto mayor sea el potencial de presión (ψ _p), más energía potencial en un sistema: un positivo ψ _p aumenta ψ _total, mientras que un negativo ψ _p disminuye ψ _total.
• La presión positiva dentro de las celdas está contenida en la pared celular, produciendo presión de turgencia, la cual es responsable de mantener la estructura de las hojas; la ausencia de presión de turgencia provoca marchitamiento.
• Las plantas pierden agua (y presión de turgencia) a través de la transpiración a través de los estomas en las hojas y la reponen a través de presión positiva en las raíces.
• El potencial de presión es controlado por el potencial de soluto (cuando el potencial de soluto disminuye, el potencial de presión aumenta) y la apertura y cierre de estomas.
• El potencial de gravedad (ψ _g) elimina la energía potencial del sistema porque la gravedad arrastra el agua hacia abajo hacia el suelo, reduciendo el _total de ψ.
• El potencial mátrico (ψ _m) elimina la energía del sistema porque las moléculas de agua se unen a la matriz de celulosa de las paredes celulares de la planta.

Términos Clave

• presión de turgencia: empuja la membrana plasmática contra la pared celular de la planta; causada por el flujo osmótico de agua desde el exterior de la célula hacia la vacuola celular