Un altro concetto fondamentale in fisiologia vegetale è il potenziale idrico

Documenti analoghi
Stomi. costituiti da due cellule di guardia circondate da due cellule sussidiarie che aiutano a controllare le aperture stomatiche.

L acqua e la cellule vegetale. Importanza dell acqua per la pianta e meccanismi di movimento

Trasporto dei fotosintetati ai tessuti in crescita e di riserva.

PROGRAMMA DEL CORSO di Fisiologia e Principi di Biotecnologie vegetali. Prof. Renato D Ovidio tel:

La nutrizione minerale. Ovvero gli ioni inorganici necessari alla pianta e loro modalità di assorbimento e assimilazione

FISIOLOGIA VEGETALE. I movimenti dell acqua e dei soluti

L ACQUA E LE CELLULE VEGETALI

Caratteristiche generali della pianta

IL TRASPORTO DELL ACQUA

L acqua e la cellule vegetale. Importanza dell acqua per la pianta e meccanismi di movimento

Foglia dorsoventrale (dicotiledoni) Anatomia della foglia

TRASPORTO DI SOSTANZE NELLE PIANTE

TRASPORTO DELL ACQUA NELLA PIANTA

L H 2 O nelle cellule vegetali e

Ascesa della linfa grezza

Il controllo della crescita e dello sviluppo di una pianta è di tipo genetico e dipende dagli ormoni vegetali.

1. Perché le sostanze si sciolgono?

Qual è il meccanismo che consente l ascesa dell acqua dal suolo all atmosfera attraverso la pianta? Teoria della tensione-coesione

Capitolo 14 Le proprietà delle soluzioni

Diffusione e osmosi. Roberto Cirio. Corso di Laurea in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche Anno accademico Corso di Fisica

IL TRASPORTO DELL ACQUA NELLA PIANTA

1. Perché le sostanze si sciolgono 2. Soluzioni acquose ed elettroliti 3. La concentrazione delle soluzioni 4. L effetto del soluto sul solvente: le

Esploriamo la chimica

Valitutti, Falasca, Tifi, Gentile. Chimica. concetti e modelli.blu

Trasporto dei fotosintati ai tessuti di crescita e di riserva

Agronomia. Agrometeorologia. - Evapotraspirazione (1) -

Membrane biologiche e trasporto cellulare

L utilizzo di metodi a pressione di vapore per la determinazione della curva di ritenzione idrica

Assorbimento e trasporto nelle piante

Le membrane cellulari La componente proteica: Diffusione delle proteine nella membrana

Movimenti dell acqua e dei soluti nella cellula vegetale

Le soluzioni e il loro comportamento

Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia. Biofisica e Fisiologia I A.A ESERCITAZIONE. Prof. Clara Iannuzzi

Lo stato liquido. i liquidi molecolari con legami a idrogeno: le interazioni tra le molecole si stabiliscono soprattutto attraverso legami a idrogeno

Attivi (non equilibranti) Passivi (equilibranti) Migrazione attraverso canali membran. Diffusione semplice. Tasporto attivo secondario

Le proprietà colligative delle soluzioni Sappiamo dall esperienza quotidiana che una soluzione ha caratteristiche diverse dal solvente puro.


L ACQUA E LE CELLULE VEGETALI

Alcune proteine vengono modificate nei dittiosomi.

pressione esercitata dalle molecole di gas in equilibrio con Si consideri una soluzione di B in A. Per una soluzione ideale

Le proprietà colligative delle soluzioni

La struttura dell ABA (15 atomi di carbonio) ricorda la porzione terminale di alcuni carotenoidi. cis/trans (C2) R/S (C1 )

CdL Professioni Sanitarie A.A. 2012/2013. Unità 9: Gas e processi di diffusione

Trasporto di membrana

STATO LIQUIDO. Volume proprio Forma non definita Particelle moderatamente ordinate Energia cinetica delle particelle è dello stesso

Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Biofisica e Fisiologia I

Misura del potenziale idrico nei tessuti vegetali. Plasmolisi e deplasmolisi cellulare.

Bagatti, Corradi, Desco, Ropa. Chimica. seconda edizione

MEMBRANA CELLULRE. La membrana plasmatica svolge molteplici funzioni:

assorbimento degli elementi necessari per il METABOLISMO

Associazione Frutteto di Vezzolano Giornata delle «Foglie cascanti» Cenni di Fisiologia dello sviluppo

POTENZIALE DI MEMBRANA

Soluzioni unità 3, modulo D del libro

I fattori ambientali più importanti sono : temperatura. forza di gravità

Relazioni idriche 95% H2O

L acqua nelle cellule vegetali e nella pianta

struttura e composizione della membrana cellulare Prof. Davide Cervia - Fisiologia Fisiologia della cellula: trasporti di membrana

relazioni tra il calore e le altre forme di energia.

L acqua nel suolo. Gassosa (vapore acqueo, solitamente meno di 5 g/kg Solida (ghiaccio) Liquida Non è mai pura Si può definire soluzione circolante

Membrana, trasporti, nutrizione, enzimi

Scaricato da

Entropia e secondo principio della termodinamica: prevedere la spontaneità di un processo

Corso di Chimica Generale CL Biotecnologie

LA MATERIA ED I SUOI STATI

Rapporto tra soluto e solvente o soluzione

Il vacuolo. Come organulo osmoregolatore, funzionale al. mantenimento del turgore cellulare

Ioni fosfato e proteine (anioni) sono prevalenti nella cellula

LA FORMAZIONE DELLE SOLUZIONI.

5.10 Grazie alle proteine, la membrana plasmatica svolge molteplici funzioni

Legami chimici. Covalente. Legami deboli

LE SOLUZIONI. Una soluzione è un sistema omogeneo costituito da almeno due componenti

La pompa sodio-potassio

Laboratorio 1, Parte I MISURA DEL POTENZIALE IDRICO NEI TESSUTI VEGETALI

Struttura del territorio circolatorio terminale

Alcuni esempi di ruoli fisiologici. Effetto di trascinamento nei capillari arteriosi e venosi Effetto di trascinamento nel glomerulo renale

Il potenziale di membrana a riposo

L equilibrio dei gas. Lo stato di equilibrio di una data massa di gas è caratterizzato da un volume, una pressione e una temperatura

Ψ t = Ψ p + Ψ s + Ψ m

-PROPRIETA COLLIGATIVE-

La membrana plasmatica: la fluidità

Tessuti Fondamentali: Cellule parenchimatiche: possiedono pareti sottili formate da una parete primaria e da una lamella mediana condivisa.

L1 - Come si conclude questa serie di simboli? ><, <>, <<, ][, [], [[, )(,...

Esploriamo la chimica

METABOLISMO CELLULARE

FONDAMENTI ANATOMO-FISIOLOGICI DELL ATTIVITA PSICHICA

Lo sviluppo delle piante

I compartimenti liquidi corporei

Problema n.1 Bilanciare la seguente reazione redox utilizzando il metodo ionico elettronico: H 2 S (aq) + NO 3

Fisiologia cellulare e Laboratorio di colture cellulari

FENOMENI DI TRASPORTO DELLA MATERIA

Il rene regola l escrezione dei diversi soluti indipendentemente l uno dall altro, controllandone la velocità di riassorbimento.

L2 - Completa la seguente frase: "L'auto sta al telaio come il corpo sta..."

ACIDO ABSCISSICO. purificata una sostanza (foglie di sicomoro) in grado di promuovere la dormienza delle gemme DORMINA

delle curve isoterme dell anidride carbonica

PROGRAMMA DEL CORSO DI FISIOLOGIA DELLA NUTRIZIONE

Le membrane cellulari

Uno dei fattori ambientali più importanti per la crescita e sviluppo di una pianta è la luce

Capitolo 16 L energia si trasferisce

Che ruolo ha la membrana plasmatica nei potenziali di diffusione?

TERMODINAMICA E TERMOCHIMICA

Transcript:

Un altro concetto fondamentale in fisiologia vegetale è il potenziale idrico

In generale, la direzione di movimento dell acqua è determinato dal gradiente di energia libera dell acqua Energia libera: energia disponibile per compiere lavoro. Dipende dall energia per molecola e dal numero di molecole. Poiché l energia libera di una sostanza la possiamo misurare mediante il potenziale chimico La direzione di movimento dell H 2 O sarà: alto potenziale chimico dell H 2 O chimico dell H 2 O basso potenziale

Particolarità in Fisiologia vegetale I fisiologi vegetali anziché usare il potenziale chimico dell acqua preferiscono usare il Potenziale idrico (Y w ) alto potenziale chimico dell H 2 O chimico dell H 2 O basso potenziale Alto Y w Basso Y w

A cosa serve la misura del Y w? per definire la direzione del flusso idrico alto potenziale idrico basso potenziale idrico valutare lo stato idrico della pianta

Stato di riferimento per il Yw Il potenziale chimico (e quindi anche il potenziale idrico) è una quantità relativa, quindi dobbiamo definire uno stato di riferimento: Lo stato di riferimento utilizzato per definire il potenziale idrico è l acqua pura a pressione e temperatura ambientale, In queste condizioni, il potenziale idrico è uguale a zero. Yw=0

Componenti del Yw: L energia libera dell H 2 O, e quindi il Yw, è influenzato da diversi fattori, tra cui: pressione gravità soluti Y w = Y p +Y g + Y s + Ym

Potenziale del soluto o Potenziale osmotico (Y s ) Y s rappresenta l effetto sul Y w dei soluti disciolti nella soluzione. Se dei soluti vengono aggiunti all H 2 O l entropia del sistema aumenta e quindi l energia libera del sistema diminuisce. L aggiunta dei soluti ha quindi un effetto negativo sul Yw, che può essere calcolato con l equazione di van t Hoff

Equazione di van t Hoff Ys= -RTc s i soluti disciolti riducono il Yw Costante dei gas Temperatura assoluta concentrazione del soluto in soluzione

c s è espresso in osmolalità (moli di soluti totali disciolti in un litro d acqua, mol/l) Quindi, per soluti ionici che si dissociano in due o più particelle, c s deve essere moltiplicato per il numero di particelle che si dissociano, al fine di calcolare il n totale di particelle disciolte.

Pressione idrostatica o Potenziale di pressione (Y p ) Y p è la pressione idrostatica di una soluzione. Pressioni positive innalzano Y w, mentre pressioni negative (tensione) lo riducono. La pressione idrostatica positiva all interno della cellula è definito pressione di turgore.

Y p può essere negativo es. nello xilema o nelle pareti fra le cellule dove si può sviluppare una tensione o pressione idrostatica negativa. (queste pressioni negative sono molto importanti per il trasporto dell acqua a lunga distanza)

Y g rappresenta l effetto della gravità sul Y w. L effetto della gravità sul Yw dipende dall altezza (h) dell acqua al disopra dell acqua di riferimento, dalla densità dell acqua (rw) e dall accellerazione dovuta alla gravità (g). Quindi, Yg= rwgh Poiché, rwg = 0,01 Mpa m-1 ad una altezza di 10 m si ha un cambiamento del Yw di 0,1 Mpa

Potenziale di matrice (Y m ). In suoli secchi, semi e pareti cellulari si deve considerare anche il potenziale di matrice (Y m ). Y m descrive l effetto di interazione di superficie tra lo strato sottile di H 2 O e la superficie secca a cui aderisce. Nel caso di cellule con pareti cellulari idratate il Y m non si deve considerare.

Yw = Ys + Yp + Yg + Ym A livello cellulare: Yw = Ys + Yp

Esempi per illustrare il concetto di potenziale idrico Ys=-RTCs Yw=Ys + Yp + Yg + Ym A livello cellulare Yw=Ys + Yp H 2 O pura Lo stato di riferimento utilizzato per definire il Y w è l acqua pura a pressione e temperatura ambientale,

0,1 M saccarosio In una soluzione 0,1 M di saccarosio il Y w = -0,244 Mpa

Curiosità

Esempio 1: Comportamento osmotico delle cellule vegetali: Yw maggiori > Yw minori 0,1 M saccarosio Yw=Ys + Yp Cellula all equilibrio

Esempio 2: Comportamento osmotico delle cellule vegetali: Cellula turgida 0,3 M saccarosio Yw=Ys + Yp Cellula all equilibrio

Punti principali: H 2 O si muove sempre verso regioni a Y w più basso Y w sono uguali all equilibrio l ingresso di minime quantità di H 2 O non modifica il Y s (Y s rimane costante in questi esempi), mentre varia molto Y p

Perché la pressione di turgore cellulare è importante? distendere le pareti cellulari durante la crescita delle cellule aumentare la rigidità meccanica delle cellule e tessuti giovani non lignificati

Una pianta appassisce quando Y p =0 La plasmolisi si ha quando la cellula perde così tanta H 2 O che la membrana plasmatica si stacca dalla parete cellulare. Plasmolisi di una cellula epidermica di Allium cepa dopo aggiunta di nitrato di calcio.

Unità di misura del potenziale idrico (Y w ) Potenziale idrico= è il potenziale chimico dell acqua diviso il volume molale parziale dell acqua Unità di misura del potenziale chimico: energia per mole di sostanza (Joules/mol) Il volume di una mole d acqua = 18x10-6 m 3 /mol Per cui il potenziale idrico (Y w ) è la misura dell energia libera dell acqua per unità di volume (Joules/m -3 ) Tale unità è equivalente ad unità di pressione espresse in pascal (Pa), che è la tipica unità di misura del Y w

1. Psicometro Come si misura il Y w? 2. Camera a pressione

Misura del potenziale idrico Camera a pressione Yw = Ys + Yp

Il Y w serve per misurare: per definire la direzione del flusso idrico valutare lo stato idrico della pianta

Piante con ridotti Y w vanno incontro a stress idrico, che a sua volta influenza diversi processi fisiologici Accumulo ac. abscissico Accumulo di soluto Fotosintesi Conduttanza stomatica Sintesi proteica Sintesi di parete Espansione cellulare Ben idratate Moderato stress idrico Climi aridi deserto Le foglie di piante ben idratate hanno Y w = -0.2/-0.6 Mpa

Il Y w delle piante deve essere più basso del Y w del suolo, altrimenti il suolo estrarrebbe acqua dalla pianta! Come fanno le piante nei suoli aridi ad ottenere Yw così bassi? Abbassano i valori del Ys, attraverso l accumulo di soluti nel vacuolo. Piante che normalmente hanno bassi Ys (-2.5 Mpa!) : Alofite Piante che accumulano grandi concentrazioni di zuccheri (es: barbabiedola da zucchero, canna da zucchero).

l ingresso di minime quantità di H 2 O non modifica il Ys mentre varia molto Yp Questo fenomeno è illustrato dal diagramma di Hofler, dove vengono correlati i cambiamenti di Y w, Y p e Y s in funzione del volume cellulare relativo.

Come il volume cellulare diminuisce del 5%: Ψ p da 2.5 scende a 0.7 MPa Ψ s da -2.2 scende a 2.5 MP Ψ w da >0 passa a 1.8 MPa

Piccole variazioni del volume cellulare causano grandi cambiamenti nella pressione di turgore

La pendenza della curva di Ψ p è correlata alla rigidità della parete cellulare. Più rigida è la parete e maggiore è la pendenza della curva.

La rigidità della parete si misura come modulo volumetrico di elesticità (e) ed è dato dal cambiamento della pressione (DY p ) diviso il cambiamento relativo del volume (DV/V): e DY DV p V I valori tipici di e sono dell ordine di 10 Mpa. Quindi per un cambiamento dell 1% del volume cellulare si ha un cambiamento del 10% nella pressione di turgore.

Fisiologia vegetale e principi di Biotecnologie vegetali (Prof. Renato D Ovidio) Tel: 0761 357323 ufficio; 0761-357228 laboratorio; email: dovidio@unitus.it Alcune caratteristiche della cellula vegetale: parete cellulare, vacuolo, plasmodesmi. Movimento delle sostanze attraverso la membrana plasmatica: trasporto attivo e passivo; Proteine di trasporto: canali, carrier e pompe. Potenziale elettrochimico. Potenziale di membrana. Potenziale idrico; Concetto del potenziale idrico; componenti del potenziale idrico; Il trasporto dell acqua e dei soluti nella pianta: Il movimento dell acqua dal terreno all atmosfera: Importanza e caratteristiche dell acqua; Processi di trasporto dell acqua: diffusione, flusso di massa e osmosi; teoria della tensione-coesione e il ruolo primario della traspirazione; stomi e regolazione stomatica. La nutrizione minerale. Fotosintesi: reazioni alla luce e reazioni del carbonio. Piante C4 e piante CAM. Il trasporto dei fotosintetati: definizione di sorgente e pozzo. Caricamento e scaricamento del floema; Ipotesi del flusso da pressione. Crescita e sviluppo: Gli ormoni vegetali: aspetti fisiologici delle attività ormonali. Auxine; giberelline; citochinine; acido abscissico; etilene. Fotomorfogenesi; forme Pr e Pfr del fitocromo; ruolo del fitocromo nella germinazione dei semi, nella percezione dell ombra in piante eliofile, e nella fioritura; fotoperiodismo; vernalizzazione. Pianta e ambiente Biotecnologie vegetali