Transporte em plantas

As plantas movem substâncias através de dois tecidos de transporte 组织:

• o xilema 木质部 transporta água e íons minerais 矿物离子 dissolvidos para cima das raízes.
• o floema 韧皮部 transporta alimentos dissolvidos (chamados assimilados 同化物, principalmente açúcares) para onde quer que sejam necessários.

Em uma seção transversal 横切面 (um corte reto através) de uma planta dicotiledônea 双子叶植物:

• nenhuma caule, xilema e floema ficam juntos em feixes perto da periferia, com o xilema no interior de cada feixe.
• na raiz, o xilema está no centro, muitas vezes em formato de estrela, com o floema entre os braços.
• na folha, ambos são encontrados nas veias.

Ao desenhar um diagrama esquemático, você desenha apenas os contornos dos tecidos, não as células individuais.

Vasos do xilema

Os tubos condutores de água do xilema são chamados de vasos 导管. Eles são feitos de células mortas e vazias unidas ponta a ponta, com as paredes terminais ausentes, formando assim um longo tubo aberto. Suas paredes são espessadas e impermeabilizadas com lignina 木质素. Portanto, a estrutura se adapta à função: o tubo oco e aberto sem conteúdo permite que a água flua rapidamente, e a lignina confere resistência e suporte.

Tubos peneira do floema e células companheiras

Os tubos condutores de alimento do floema são chamados de tubos peneira 筛管. São células vivas unidas ponta a ponta, mas suas paredes terminais não desaparecem — tornam-se placas peneira 筛板 com muitos orifícios pelos quais a seiva flui. Para dar espaço ao fluxo, uma célula do tubo peneira perde a maior parte de seu conteúdo e não tem núcleo.

Ao lado de cada tubo peneira há uma célula companheira 伴胞. Ela mantém seu núcleo 细胞核 e possui muitas mitocôndrias 线粒体. Ela realiza o trabalho vivo para o tubo peneira e carrega açúcares para dentro dele.

Esta é a aparência de um fascículo vascular 维管束 real sob microscópio, em uma secção corada de um caule jovem de girassol:

A água entra em uma célula pilífera 根毛细胞 por osmose 渗透, porque o potencial hídrico da pilha radicular é mais baixo que o da água do solo. A água atravessa então a raiz até o xilema por dois caminhos:

• o caminho apoplasto 质外体途径 — a água se move através das paredes celulares 细胞壁 (feitas de celulose 纤维素) e dos espaços entre as células, sem entrar no citoplasma. Este caminho é rápido.
• o caminho simplasto 共质体途径 — a água se move através do citoplasma das células, passando de célula para célula através dos plasmodesmos 胞间连丝.

Em um anel de células chamado endoderme 内皮层, o caminho apoplasto é bloqueado pela faixa de Caspari 凯氏带, uma faixa impermeável de suberina 木栓质. Isso força toda a água a passar pelas membranas celulares, permitindo que a planta controle o que entra no xilema.

Transpiração 蒸腾作用 é a perda de vapor d'água de uma planta. A água evapora (vira vapor) das superfícies úmidas das células dentro da folha — isso é evaporação 蒸发. O vapor d'água 水蒸气 então difunde 扩散 para fora através dos estômatos 气孔 para a atmosfera 大气.

Essa perda no topo puxa a água para cima no xilema em uma coluna contínua. Funciona devido à ligação de hidrogênio entre as moléculas de água:

• as moléculas de água se atraem mutuamente através de ligações de hidrogênio 氢键, mantendo-se unidas. Essa coesão é a coesão 内聚力, e permite que toda a coluna seja puxada para cima sob tensão 张力 (a teoria coesão-tensão).
• as moléculas de água também se ligam à celulose das paredes celulares. Isso é aderência 附着力, que ajuda a manter a coluna no lugar.

Exemplo resolvido. Uma célula vegetal com potencial hídrico de $-800\ \text{kPa}$ é colocada em uma solução com potencial hídrico de $-400\ \text{kPa}$. Para onde a água se move e o que acontece com a célula? A água sempre se move para baixo um gradiente de potencial hídrico - do valor menos negativo (mais alto) para o mais negativo (mais baixo). A solução em $-400$ é maior que a célula em $-800$, então a água se move para dentro da célula. A célula incha, o protoplasto pressiona a parede celular, o potencial de pressão aumenta e a célula torna-se turgente. Duas armadilhas: $-400$ é maior que $-800$, que é o erro de sinal que inverte metade de todas as respostas; e a água pura é o máximo em 0, então toda solução é negativa e o potencial hídrico nunca pode subir acima de zero.

Uma xerófita 旱生植物 é uma planta adaptada 适应 a viver onde a água é escassa. Suas folhas reduzem a perda de água por transpiração de várias maneiras: uma cutícula cerosa espessa 角质层, estômatos afundados em cavidades, pelos que aprisionam ar úmido e folhas que podem se enrolar. Você deve ser capaz de desenhar uma secção foliar rotulada mostrando essas características.

Assimilados como sacarose 蔗糖 e aminoácidos 氨基酸 são transportados no floema de uma fonte 源 para um sumidouro 库.

• uma fonte é onde o assimilado é produzido ou liberado (por exemplo, uma folha fotossintetizante).
• um sumidouro é onde ele é usado ou armazenado (por exemplo, uma raiz em crescimento).

Carregamento na fonte

Células companheiras carregam sacarose nos tubos peneirados contra seu gradiente de concentração. Elas usam bombas de prótons 质子泵 para bombear íons de hidrogênio para fora, depois proteínas cotransportadoras 协同运输蛋白 trazem a sacarose de volta junto com esses íons. Esta é uma forma de transporte ativo 主动运输.

O carregamento de sacarose reduz o potencial hídrico 水势 dentro do tubo peneirado, então a água segue por osmose. Isso eleva a pressão hidrostática 静水压 ali.

Fluxo maciço

No sumidouro, a sacarose é removida, então o potencial hídrico aumenta, a água sai e a pressão cai. O resultado é uma diferença de pressão entre a fonte (alta) e o sumidouro (baixa). A seiva flui de alta para baixa pressão ao longo desse gradiente. Esse fluxo impulsionado por pressão é chamado de fluxo maciço 集流.

• Indique o tecido para cada direção: xilema transporta água para cima (morto, lignificado), floema transporta assimilados em ambas as direções (tubos peneirados vivos + células companheiras).
• Explique o movimento da água pela coesão-tensão: a transpiração puxa uma coluna de água contínua mantida pela coesão (ligações H) e aderência.
• Liste os fatores que afetam a taxa de transpiração (luz, temperatura, umidade, movimento do ar) e como um potômetro mede a absorção.
• Para xerófitas, relacione cada adaptação (cutícula espessa, estômatos afundados, folhas enroladas, pelos) à redução da perda de água.