Fisiologia Vegetal - Relaciones hídricas

1. 1
FISIOLOGÍA VEGETAL
ING. JAIME CHAVEZ MATIAS
“RELACIONES HÍDRICAS”
Epidermis y pelo absorbente
Transpiración
Localización y(MPa)
Aire -95.1
Hojas -0.8
Xilema tallo -0.8
Xilema raíz -0.6
Suelo (raíz) -0.5
Suelo -0.3
En el Sistema
Hidrodinámico SUELO –
PLANTA – ATMOSFERA,
la planta representa un
sistema intermedio situado
entre una diferencia de
potencial de agua del suelo
y de la atmosfera. Por ello
las relaciones hídricas se
explican modernamente en
términos termodinámicos
de validez general, y se
expresa su estado por la
energía libre (de Gibbs)
molal, o potencial químico
del agua.

2. 2
EL AGUA
 Gran parte del agua de nuestro planeta,
alrededor del 98%, corresponde a agua
salada que se encuentra en mares y océanos,
el agua dulce que poseemos en un 69%
corresponde a agua atrapada en glaciares y
nieves eternas, un 30% está constituida por
aguas subterráneas y una cantidad no
superior al 0,7% se encuentra en forma de
ríos y lagos.
 El agua es un componente de nuestra
naturaleza que ha estado presente en la
Tierra desde hace más de 3.000 millones de
años, ocupando tres cuartas partes de la
superficie del planeta.

3. 3

4. 4
Importancia del agua en las plantas
• Principal componente tejidos 85-90%
• Madera (35-75%), semillas (5-15%)
• Los procesos de transporte y
distribución de nutrientes y metabolitos
dependen de los movimientos del agua
• En plantas: el transporte de
agua es pasivo
• Flujo depende de la cantidad de
agua absorbida por las
raíces y la perdida por
transpiración
• Pequeñas fluctuaciones de este
flujo: déficit hídricos
 Ej. C3: 1 g materia orgánica 
absorbe 500 g H2O
 Principal factor limitante
productividad cultivos
CONTENIDO DE AGUA EN LA PLANTA
Como promedio el protoplasma celular contiene
de 85 a 90 % de agua e inclusive los orgánulos
celulares con un alto contenido de lípidos, como
cloroplastos y mitocondrias tienen 50% de
agua.
El contenido de agua de las raíces expresado en
base al peso fresco varía de 71 a 93%, el de los
tallos de 48 a 94% , las hojas de 77 a 98 %,
los frutos con un alto contenido entre 84 a 94 %.
Las semillas con el menor contenido de 5 a 11
%, aunque las de maíz tierno comestible pueden
tener un contenido elevado de 85%. La madera
fresca recién cortada puede tener hasta 50% de
agua.

5. 5
FUNCIONES DEL AGUA EN LAS PLANTAS
1. Componente principal de tejidos
vegetales: (Constituyente del citoplasma que, junto con las macromoléculas
coloidales (proteínas), determina su estructura y grado de agregación)
2. El agua como reactivo
3. Solvente universal: (Disolvente de gases, iones y solutos que, por la
permeabilidad y canales hídricos (aquaporinas) de las membranas celulares, establece un
sistema contínuo en toda la planta.)
4. El agua como fuerza mecánica del
crecimiento (En muchas reacciones el agua participa directamente como
metabolito: proceso de oxido-reducción de la fotosíntesis y de la respiración, ATPasas,
hidrolasas, etc)
5. Control térmico
6. Como equilibrio ecológico

6. 6
Productividades y requerimientos de la agricultura
bajo riego y la de secano
El riego tiene el potencial de proporcionar mayores productividades que la agricultura de
secano, pero los requerimientos de agua son también mucho más altos.

7. 7
POTENCIAL HÍDRICO
El POTENCIAL QUÍMICO DEL AGUA es conocido como POTENCIAL
DEL AGUA (ψ). Su importancia radica en que el agua se mueve en
respuesta a gradientes en su potencia.
POTENCIAL HÍDRICO
y = y* + RT ln Nw + VwP + Mwgh
Donde:
y = Potencial del agua
y = Potencial del agua químicamente pura
R = Constante universal de los gases
T = Temperatura absoluta (°K)
ln = Logaritmo natural
Nw = Número de moles del soluto
Vw = Volumen de la solución
P = Presión
Mw = Masa del agua
g = Efecto de la gravedad
h = Altura sobre la superficie del suelo

8. 8
Difusión: Es flujo de energía o materia desde una zona de
mayor concentración a otra de menor concentración,
tendiente a producir una distribución homogénea.
 Se puede definir también como el movimiento neto de
moléculas de regiones de alta energía libre hacia
regiones de energía libre baja.
 La difusión es inversamente proporcional al tamaño
molecular
 De los tres distintos estados de la materia, los gases
son los que ofrecen la menor resistencia difusión de las
moléculas.
 El movimiento requiere energía, por muchos
obstáculos.
MOVIMIENTO DELAGUA
Donde: dm = Cantidad de sustancia movida o transportada
dt = Tiempo en el que la sustancia se transportó.
D = Coeficiente de difusión, o tasa de difusión específica,
A = Area de la membrana donde se produce la difusión.
dc = Diferencia den la concentración que representa la fuerza motriz
dx = Distancia en la cual se produce la difusión.
El signo negativo se debe a que la difusión se realiza de mayor a menor
concentración.
dm dC
----- = - D.A . ---------
dt dx

9. 9
POTENCIAL QUIMICO DEL AGUA (Ψ)
Es afectado por tres factores:
1. Temperatura. Al aumentar la temperatura
aumenta el potencial químico del agua, ya que ésta
es una medida de la energía cinética de las
moléculas.
2. Presión. La presión aumenta el potencial químico
del agua, ya que aumenta su energía libre.
3. Concentración. Al aumentar la concentración de
soluto disminuye el potencial químico del agua, ya
que la atracción entre soluto y solvente disminuye la
energía libre de las moléculas de agua.
 La importancia radica en que el agua se mueve en
respuesta a gradientes de su potencial.
POTENCIAL HÍDRICO DEL SUELO
El agua en el suelo esta sujeta a diferentes campos de fuerza, por lo que su
POTENCIAL difiere del que mantiene el agua pura en su estado libre. Tales
fuerzas resultan de la atracción extrema de gases y gravitación.
Arcilloso
Contenido de agua (g H2O suelo seco)
MPa
Potencialmátrico(ψm)
Arenoso Migajón
limoso
Curvas características de retención de agua para varios suelos en función del
potencial mátrico.

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COMPONENTES DE yw
ytotal = yπ + yp + yg + ym
Potencial gravitacional (yg ), es independiente a las
propiedades del suelo; se determina por la elevación de cada punto
dentro de éste con referencia a un nivel arbitrario. El potencial es
siempre pequeño o insignificante.
Potencial mátrico (ym), es una propiedad dinámica íntimamente
relacionada con las fuerzas de absorción y adsorción de cada suelo, las
cuales varían con la textura, densidad aparente, materia orgánica,
porosidad y cantidad de agua. Ej. Un suelo arcilloso retiene más agua
que un suelo arenoso al mismo potencial de energía.
Potencial osmótico (yπ), resulta de la presencia de solutos en el
agua del suelo que afectan sus propiedades termodinámicas y disminuyen su
potencial de energía.
Potencial presión (yp)
COMPONENTES DE yw
ytotal = yπ + yp + yg

11. 11
COMPONENTES DE yw
ytotal = yπ + yp + yg
COMPONENTES DE yw
ytotal = yπ + yp + yg

12. 12
yπ = - miRT
Donde: yπ = Potencial osmótica medida en atmósferas (atm),
m = Concentración de la solución (molalidad)
i = Constante de ionización del soluto (para sacarosa = 1)
R = Constante de los gases(0.0083kg.MPa/mol K),
T = Temperatura absoluta (°C + 273)
1. Calcular el yπ de una solución 1.0 molal de azúcar, a 30°C de Temp.
yπ = - (1.0 mol/litro H2O) (1.0) (0.0831 litro bar/mol grado) ((273+30)°K)
yπ = - 25.18 bars
J.H. Vant´t Hoff (1887), obtiene la siguiente ecuación
para el cálculo aproximado del POTENCIAL OSMÓTICO.
COMPONENTES DE yw
ytotal = yπ + yp + yg+ ym

13. 13
POTENCIAL HÍDRICO DE LA ATMOSFERA
El potencial de agua de la atmosfera es mucho mas negativo que el
potencial hídrico de la planta y del suelo. Un suelo a punto de marchites
permanente pasee un potencial de -1.5 Mpa; en cambio una atmosfera con
un 80% de HR y 20°C tiene un potencial de -30 Mpa. En zonas aridas, este
potencial puede llegar fácilmente a -100 Mpa.
El potencial del agua en la atmosfera de puede calcular con la siguiente
formula (Ley de Raoult):
RT p°
y = ----- ln ------ = -10.6 T log10 (100/HR)
V1 p
Donde: y = Potencial del agua en la atmósferas (atm),
p = Presión de vapor
V1 = Volumen molar de agua (L/mol))
R = Constante de los gases(0.0083kg.MPa/mol K),
T = Temperatura absoluta (°C + 273)
HR = Humedad relativa
Indica la tendencia de las moléculas de agua
para difundirse, evaporarse o ser absorbidas
y, ordinariamente, se expresa en términos de
presión.
Potencial hídrico (Ψ ) de las plantas:
El potencial hídrico del agua pura es cero.
El Ψ de la planta es inferior al del agua libre.
El Ψ más negativo, a medida que la concentración de
soluto o el grado de déficit hídrico de la planta
aumente.
El estado del agua en las plantas se expresa a
través del concepto de:

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COMPONENTES DE y
y = y π + yP + ym + yg
Gravedad
Matriz
Potencial de pared
Potencial osmótico
Trabajando a niveles celulares finalmente llegamos a:
yw = y π + yp

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SOLUCIONES CELULARES
 Las soluciones isotónicas tienen una concentración de
soluto igual a la del citoplasma celular, por lo que los
potenciales hídricos son iguales, la célula se encuentra
en equilibrio osmótico con el medio.
 Una solución hipotónica tiene una concentración de
soluto menor que el citoplasma celular, por lo que la
célula absorbe agua y se hincha, aumentando la presión
de turgencia, que es una presión hidrostática que se
ejerce sobre la pared celular.
 Una solución hipertónica tiene una concentración de
soluto mayor que el citoplasma celular, por lo que tiene
un potencial hídrico menor que el del contenido celular.
La célula pierde agua, la membrana se retrae
separándose de la pared y la células se vuelve flácida, se
dice que la célula se ha plasmolizado.

16. 16
OSMOSIS
Fenómeno de difusión de agua a través de una membrana
semipermeable (conocidas también como de permeabilidad
diferencial o selectiva).
Presión osmótica: Es la presión hidrostática
necesaria para detener el flujo neto de agua a través de
una membrana semipermeable que separa soluciones
de composición diferente.
yπ = - miRT
Donde: yπ = Potencial osmótica medida en atmósferas (atm),
m = Concentración de la solución (molalidad)
i = Constante de ionización del soluto (para sacarosa = 1)
R = Constante de los gases(0.0083kg.MPa/mol K),
T = Temperatura absoluta (°C + 273)

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 La endósmosis (ósmosis hacia dentro
del sistema) ocurre si el agua en la
solución externa está a un potencial
químico más alto que la interna, el agua
se mueve hacia el interior de la célula.
 La exósmosis (ósmosis hacia fuera del
sistema) ocurre sí el agua interna está a
un potencial químico mayor que el agua
externa, el agua se mueve hacia fuera de
la célula.
 = - 0.1 MPa
 = - 0.2 MPa
 = - 0.1 MPa
 = - 0.1 MPa
(A)
(B)
(A) Si un vaso conteniendo una solución
cuyo  es -0.1 MPa se conecta a un
vaso con una solución cuyo  es -0.2
MPa, el agua tenderá a moverse de la
solución que tiene el  más positivo a la
que lo tiene más negativo. Ambos vasos
tienen solutos disueltos en ellos (de otro
modo = 0,0 MPa), y la solución de  = -
0.2 MPa tiene el doble de concentración
lo que restringe más el movimiento de las
moléculas de agua.
(B) Si el potencial de las dos soluciones
es el mismo, están en equilibrio y no
existe un movimiento neto del agua. En
cada momento, se mueven en ambos
sentidos el mismo número de moléculas
de agua.
Movimientos del agua

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 = - 0.1 MPa
 = - 0.2 MPa
 = - 0.1 MPa
 = - 0.1 MPa
 = - 1.0 MPa ?
(A)
(B) (C)
 = - 1.1 MPa
(A) Si un vaso conteniendo una solución cuyo  es -0.1 MPa se
conecta a un vaso con una solución cuyo  es -0.2 MPa, el agua
tenderá a moverse de la solución que tiene el  más positivo a la que
lo tiene más negativo. Ambos vasos tienen solutos disueltos en ellos
(de otro modo = 0,0 MPa), y la solución de  = -0.2 MPa tiene el
doble de concentración lo que restringe más el movimiento de las
moléculas de agua.
(B) Si el potencial de las dos soluciones es el mismo, están en
equilibrio y no existe un movimiento neto del agua. En cada
momento, se mueven en ambos sentidos el mismo número de
moléculas de agua.
(C) Una solución con un  de -1.0 MPa
(muy negativo) tenderá a absorber agua.
Para que el agua se desplazase hacia el
vaso de la derecha este debería tener una
solución con un potencial hídrico más
negativo, por ejemplo, de -1.1 MPa.
Movimientos del agua
Ψ = Ψp + Ψ π + Ψm
Ψ = Potencial total del agua
Ψp= potencial de presión o turgencia
Ψπ = Potencial osmótica
Ψm = Potencial mátrico
Ψ = Ψp + Ψ π
Ψp = Ψ - Ψ π
Ψ π = Ψ - Ψp
MOVIMIENTO DE AGUA ENTRE CÉLULAS
Ejemplo: Célula A: Ψ = 0.5 + (-1.2) = -0.7 MPa
Célula B: Ψ = 0.3 + (-0.6) = -0.3 MPa
A + B : ΔΨ = -0.7 - (-0.3) = - 0.4 MPa
H2O
Ψp = 0.5 MPa
Ψπ = -1.2 MPa
Ψ = -0.7 MPa
Ψp = 0.3 MPa
Ψπ = -0.6 MPa
Ψ = -0.3 MPa
El agua se mueve de la célula B a la A con una fuerza de -0.4 MPa.
Localización y(MPa)
Aire -95.1
Hojas -0.8
Xilema tallo -0.8
Xilema raíz -0.6
Suelo (raíz) -0.5
Suelo -0.3

19. 19

20. 20
Epidermis y
pelo absorbente
Vasos
conductores
Transpiración
Elemento conductor
estomas
Nervio
Epidermis
superior
Parénquima lagunar
Hoja Localización y(MPa)
Aire -95.1
Hojas -0.8
Elementos
conductores
Perforación
que separa dos
elementos del
mismo vaso Vaso
Punteadura
Xilema tallo -0.8
Xilema raíz -0.6
Suelo (raíz) -0.5
Agua +
sales minerales
Suelo -0.3
EL POTENCIAL HIDRICO:
Introducción al flujo de agua a través de la planta en función del potencial hídrico
MPa = megapascals

21. 21
Localización y(MPa)
Hojas. Fotoasim. -1.0
Hojas -0.8
Sumideros -0.4
Xilema -0.6
EL POTENCIAL HIDRICO: El transporte de agua. El Floema.
Transporte a larga
distancia
P
π
P
Turgor cero
P = 0
Ψ = -π
Ψ = P - π
Máximo turgor
P = π, Ψ = 0
Volumen celular relativo
Presión(bares)
Diagrama del estado osmótico de la célula, en relación entre el potencial de
tugencia, potencial osmótico y potencial hídrico de una célula osmótica ideal.
π

22. 22
VALORES DEL y Y SUS COMPONENTES
Cuál es la fuerza impulsora para el movimiento del agua
en la planta?
CONTENIDO RELATIVO DE AGUA
CRA =
Pf - Ps
Pt - Ps
x 100
yw = w - o = R T ln e/eo
Vw Vw
POTENCIAL HIDRICO
1) Cómo puedo expresar el estado hídrico de un tejido?
2) Que ventaja tiene el yw sobre C.R.A?