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11.25: Introducción al transporte de agua y solutos en plantas - Biología

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Describir cómo se transportan el agua y los solutos en las plantas.

La estructura de las raíces, los tallos y las hojas de las plantas facilita el transporte de agua, nutrientes y fotosintatos por toda la planta. Para comprender cómo funcionan estos procesos, primero debemos comprender la energía del potencial hídrico.

Qué aprenderá a hacer

  • Describir cómo el potencial hídrico influye en cómo se transporta el agua en las plantas.
  • Describe el proceso de transpiración.
  • Explica cómo se transportan los fotosintatos en las plantas.

Actividades de aprendizaje

Las actividades de aprendizaje para esta sección incluyen lo siguiente:

  • Potencial de agua
  • Transpiración
  • Fotosintatos
  • Autocomprobación: transporte de agua y solutos en plantas

30.5 Transporte de agua y solutos en plantas

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Definir el potencial hídrico y explicar cómo se ve influenciado por los solutos, la presión, la gravedad y el potencial matricial.
  • Describir cómo el potencial hídrico, la evapotranspiración y la regulación de los estomas influyen en cómo se transporta el agua en las plantas.
  • Explica cómo se transportan los fotosintatos en las plantas.

La estructura de las raíces, los tallos y las hojas de las plantas facilita el transporte de agua, nutrientes y fotosintatos por toda la planta. El floema y el xilema son los principales tejidos responsables de este movimiento. El potencial hídrico, la evapotranspiración y la regulación de los estomas influyen en cómo se transportan el agua y los nutrientes en las plantas. Para comprender cómo funcionan estos procesos, primero debemos comprender la energía del potencial hídrico.

Potencial de agua

Las plantas son ingenieros hidráulicos fenomenales. Usando solo las leyes básicas de la física y la simple manipulación de la energía potencial, las plantas pueden mover el agua a la copa de un árbol de 116 metros de altura (Figura 30.31a). Las plantas también pueden usar sistemas hidráulicos para generar suficiente fuerza para dividir rocas y doblar aceras (Figura 30.31b). Las plantas logran esto debido al potencial hídrico.

El potencial hídrico es una medida de la energía potencial en el agua. Los fisiólogos de plantas no están interesados ​​en la energía en ningún sistema acuoso en particular, pero están muy interesados ​​en el movimiento del agua entre dos sistemas. En términos prácticos, por lo tanto, el potencial hídrico es la diferencia de energía potencial entre una muestra de agua dada y el agua pura (a presión atmosférica y temperatura ambiente). El potencial hídrico se denota con la letra griega ψ (psi) y se expresa en unidades de presión (la presión es una forma de energía) llamadas megapascales (MPa). El potencial del agua pura (Ψw H2O puro), por conveniencia de la definición, se designa con un valor de cero (aunque el agua pura contiene mucha energía potencial, esa energía se ignora). Por lo tanto, los valores del potencial hídrico para el agua en la raíz, el tallo o la hoja de una planta se expresan en relación con Ψw H2O puro.

El potencial hídrico en las soluciones de las plantas está influenciado por la concentración de solutos, la presión, la gravedad y factores llamados efectos de matriz. El potencial hídrico se puede dividir en sus componentes individuales utilizando la siguiente ecuación:

donde Ψs, Ψpag, Ψgramo, y Ψmetro se refieren a los potenciales de soluto, presión, gravedad y matriz, respectivamente. "Sistema" puede referirse al potencial hídrico del agua del suelo (Ψ suelo), agua de la raíz (Ψ raíz), agua del tallo (Ψ tallo), agua de la hoja (Ψ hoja) o el agua en la atmósfera (Ψ atmósfera): lo que sea se está considerando un sistema acuoso. A medida que cambian los componentes individuales, aumentan o disminuyen el potencial hídrico total de un sistema. Cuando esto sucede, el agua se mueve para equilibrarse, pasando del sistema o compartimento con un mayor potencial hídrico al sistema o compartimento con un menor potencial hídrico. Esto hace que la diferencia en el potencial hídrico entre los dos sistemas (ΔΨ) vuelva a cero (ΔΨ = 0). Por lo tanto, para que el agua se mueva a través de la planta desde el suelo al aire (un proceso llamado transpiración), Ψ el suelo debe ser & gt Ψ raíz & gt Ψ tallo & gt Ψ hoja & gt Ψ atmósfera.

El agua solo se mueve en respuesta a ΔΨ, no en respuesta a los componentes individuales. Sin embargo, debido a que los componentes individuales influyen en el total Ψsistema, manipulando los componentes individuales (especialmente Ψs), una planta puede controlar el movimiento del agua.

Potencial de soluto

Potencial de soluto (Ψs), también llamado potencial osmótico, está relacionado con la concentración de soluto (en molaridad). Esa relación viene dada por la ecuación de van 't Hoff: Ψs= –MI RT donde M es la concentración molar del soluto, I es el factor de van 't Hoff (la relación entre la cantidad de partículas en la solución y la cantidad de unidades de fórmula disueltas), R es la constante del gas ideal y T es la temperatura en grados Kelvin. El potencial de soluto es negativo en una célula vegetal y cero en agua destilada. Los valores típicos del citoplasma celular son de –0,5 a –1,0 MPa. Los solutos reducen el potencial hídrico (lo que resulta en un Ψ negativow) al consumir parte de la energía potencial disponible en el agua. Las moléculas de soluto pueden disolverse en agua porque las moléculas de agua pueden unirse a ellas a través de enlaces de hidrógeno. Una molécula hidrófoba como el aceite, que no puede unirse al agua, no puede disolverse. La energía en los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de soluto y el agua ya no está disponible para trabajar en el sistema porque está ligada al enlace. En otras palabras, la cantidad de energía potencial disponible se reduce cuando se agregan solutos a un sistema acuoso. Por lo tanto, Ψ s disminuye al aumentar la concentración de soluto. Porque Ψs es uno de los cuatro componentes de Ψsistema o Ψtotal, una disminución en Ψs causará una disminución en Ψtotal. El potencial hídrico interno de una célula vegetal es más negativo que el agua pura debido al alto contenido de solutos del citoplasma (figura 30.32). Debido a esta diferencia en el potencial hídrico, el agua pasará del suelo a las células de la raíz de una planta a través del proceso de ósmosis. Esta es la razón por la que el potencial de soluto a veces se denomina potencial osmótico.

Las células vegetales pueden manipular metabólicamente Ψs (y por extensión, Ψtotal) mediante la adición o eliminación de moléculas de soluto. Por lo tanto, las plantas tienen control sobre Ψtotal a través de su capacidad para ejercer control metabólico sobre Ψs.

Conexión visual

El potencial hídrico positivo se coloca en el lado izquierdo del tubo aumentando Ψpag de manera que el nivel del agua suba por el lado derecho. ¿Podrías igualar el nivel del agua en cada lado del tubo agregando soluto y, de ser así, cómo?

Potencial de presión

Potencial de presión (Ψpag), también llamado potencial de turgencia, puede ser positivo o negativo (Figura 30.32). Debido a que la presión es una expresión de energía, cuanto mayor es la presión, más energía potencial hay en un sistema y viceversa. Por lo tanto, una Ψp positiva (compresión) aumenta Ψtotal, y un Ψ negativopag (tensión) disminuye Ψtotal. La presión positiva dentro de las células está contenida por la pared celular, lo que produce una presión de turgencia. Los potenciales de presión suelen rondar entre 0,6 y 0,8 MPa, pero pueden alcanzar hasta 1,5 MPa en una planta bien regada. A Ψpag de 1,5 MPa equivale a 210 libras por pulgada cuadrada (1,5 MPa x 140 lb / in -2 MPa -1 = 210 lb / in -2). En comparación, la mayoría de las llantas de los automóviles se mantienen a una presión de 30 a 34 psi. Un ejemplo del efecto de la presión de la turgencia es el marchitamiento de las hojas y su restauración después de que la planta ha sido regada (Figura 30.33). El agua se pierde de las hojas a través de la transpiración (acercándose a Ψpag = 0 MPa en el punto de marchitez) y se restaura por absorción a través de las raíces.

Una planta puede manipular Ψpag a través de su capacidad para manipular Ψs y por el proceso de ósmosis. Si una célula vegetal aumenta la concentración de soluto citoplásmico, Ψs disminuirá, Ψtotal disminuirá, el ΔΨ entre la célula y el tejido circundante disminuirá, el agua entrará en la célula por ósmosis y Ψpag incrementará. Ψpag también está bajo control indirecto de la planta a través de la apertura y cierre de los estomas. Las aberturas estomáticas permiten que el agua se evapore de la hoja, reduciendo Ψpag y Ψtotal de la hoja y aumentando Ψ entre el agua en la hoja y el pecíolo, permitiendo así que el agua fluya desde el pecíolo hacia la hoja.

Potencial de gravedad

Potencial de gravedad (Ψgramo) es siempre negativo a cero en una planta sin altura. Siempre elimina o consume energía potencial del sistema. La fuerza de la gravedad empuja el agua hacia el suelo, reduciendo la cantidad total de energía potencial en el agua de la planta (Ψtotal). Cuanto más alta es la planta, más alta es la columna de agua y más influyente Ψgramo se convierte. A escala celular y en plantas bajas, este efecto es insignificante y fácilmente ignorado. Sin embargo, sobre la altura de un árbol alto como una secuoya costera gigante, la atracción gravitacional de –0.1 MPa m -1 equivale a 1 MPa adicional de resistencia que debe superarse para que el agua alcance las hojas de los árboles más altos. Las plantas no pueden manipular Ψgramo.

Potencial de Matric

Potencial matricial (Ψmetro) siempre es negativo a cero. En un sistema seco, puede ser tan bajo como -2 MPa en una semilla seca y es cero en un sistema saturado de agua. La unión del agua a una matriz siempre elimina o consume energía potencial del sistema. Ψmetro es similar al potencial de soluto porque implica atar la energía en un sistema acuoso formando enlaces de hidrógeno entre el agua y algún otro componente. Sin embargo, en el potencial de soluto, los otros componentes son moléculas de soluto hidrófilas solubles, mientras que en Ψmetro, los otros componentes son moléculas hidrófilas insolubles de la pared celular vegetal. Cada célula vegetal tiene una pared celular celulósica y la celulosa en las paredes celulares es hidrófila, produciendo una matriz para la adhesión del agua: de ahí el nombre potencial matricial. Ψmetro es muy grande (negativo) en tejidos secos como semillas o suelos afectados por la sequía. Sin embargo, rápidamente llega a cero a medida que la semilla absorbe agua o el suelo se hidrata. Ψmetro no puede ser manipulado por la planta y generalmente se ignora en raíces, tallos y hojas bien regadas.

Movimiento de agua y minerales en el xilema

Los solutos, la presión, la gravedad y el potencial matricial son todos importantes para el transporte de agua en las plantas. El agua se mueve de un área de mayor potencial hídrico total (mayor energía libre de Gibbs) a un área de menor potencial hídrico total. La energía libre de Gibbs es la energía asociada con una reacción química que se puede utilizar para realizar un trabajo. Esto se expresa como ΔΨ.

La transpiración es la pérdida de agua de la planta por evaporación en la superficie de la hoja. Es el principal impulsor del movimiento del agua en el xilema. La transpiración es causada por la evaporación del agua en la interfaz hoja-atmósfera que crea una presión negativa (tensión) equivalente a -2 MPa en la superficie de la hoja. Este valor varía mucho según el déficit de presión de vapor, que puede ser insignificante con una humedad relativa alta (HR) y sustancial con una HR baja. Esta tensión tira del agua de las raíces. Por la noche, cuando los estomas se cierran y la transpiración se detiene, el agua se retiene en el tallo y la hoja por la adhesión del agua a las paredes celulares de los vasos del xilema y las traqueidas, y la cohesión de las moléculas de agua entre sí. Esto se llama teoría de la cohesión-tensión del ascenso de la savia.

Dentro de la hoja, a nivel celular, el agua en la superficie de las células del mesófilo satura las microfibrillas de celulosa de la pared celular primaria. La hoja contiene muchos espacios de aire intercelulares grandes para el intercambio de oxígeno por dióxido de carbono, que es necesario para la fotosíntesis. La pared celular húmeda está expuesta a este espacio de aire interno de la hoja, y el agua en la superficie de las células se evapora en los espacios de aire, disminuyendo la película delgada en la superficie de las células del mesófilo. Esta disminución crea una mayor tensión en el agua en las células del mesófilo (Figura 30.34), lo que aumenta la atracción del agua en los vasos del xilema. Los vasos del xilema y las traqueidas están estructuralmente adaptados para hacer frente a grandes cambios de presión. Los anillos en los recipientes mantienen su forma tubular, al igual que los anillos en la manguera de una aspiradora mantienen la manguera abierta mientras está bajo presión. Las pequeñas perforaciones entre los elementos del recipiente reducen el número y el tamaño de las burbujas de gas que se pueden formar a través de un proceso llamado cavitación. La formación de burbujas de gas en el xilema interrumpe el flujo continuo de agua desde la base hasta la parte superior de la planta, provocando una ruptura denominada embolia en el flujo de la savia del xilema. Cuanto más alto es el árbol, mayores son las fuerzas de tensión necesarias para extraer agua y más eventos de cavitación. En árboles más grandes, las embolias resultantes pueden obstruir los vasos del xilema, haciéndolos no funcionales.

Conexión visual

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

  1. El potencial hídrico negativo atrae agua hacia los pelos radiculares. La cohesión y la adhesión hacen que el agua suba por el xilema. La transpiración extrae agua de la hoja.
  2. El potencial hídrico negativo atrae agua hacia los pelos radiculares. La cohesión y la adhesión extraen agua del floema. La transpiración extrae agua de la hoja.
  3. El potencial hídrico disminuye desde las raíces hasta la parte superior de la planta.
  4. El agua entra a las plantas a través de los pelos de las raíces y sale por el estoma.

La transpiración, la pérdida de vapor de agua a la atmósfera a través de los estomas, es un proceso pasivo, lo que significa que la energía metabólica en forma de ATP no es necesaria para el movimiento del agua. La energía que impulsa la transpiración es la diferencia de energía entre el agua del suelo y el agua de la atmósfera. Sin embargo, la transpiración está estrictamente controlada.

Control de la transpiración

La atmósfera a la que está expuesta la hoja impulsa la transpiración, pero también provoca una pérdida masiva de agua de la planta. Hasta el 90 por ciento del agua absorbida por las raíces puede perderse por transpiración.

Las hojas están cubiertas por una cutícula cerosa en la superficie exterior que evita la pérdida de agua. La regulación de la transpiración, por lo tanto, se logra principalmente mediante la apertura y cierre de los estomas en la superficie de la hoja. Los estomas están rodeados por dos células especializadas llamadas células protectoras, que se abren y cierran en respuesta a señales ambientales como la intensidad y calidad de la luz, el estado del agua de las hojas y las concentraciones de dióxido de carbono. Los estomas deben abrirse para permitir que el aire que contiene dióxido de carbono y oxígeno se difunda en la hoja para la fotosíntesis y la respiración. Sin embargo, cuando los estomas están abiertos, el vapor de agua se pierde en el ambiente externo, lo que aumenta la tasa de transpiración. Por lo tanto, las plantas deben mantener un equilibrio entre la fotosíntesis eficiente y la pérdida de agua.

Las plantas han evolucionado con el tiempo para adaptarse a su entorno local y reducir la transpiración (Figura 30.35). Las plantas del desierto (xerófitas) y las plantas que crecen en otras plantas (epífitas) tienen acceso limitado al agua. Estas plantas suelen tener una cutícula cerosa mucho más gruesa que las que crecen en ambientes más moderados y bien regados (mesófitos). Las plantas acuáticas (hidrófitas) también tienen su propio conjunto de adaptaciones anatómicas y morfológicas de las hojas.

Las xerófitas y las epífitas suelen tener una gruesa capa de tricomas o de estomas que están hundidos debajo de la superficie de la hoja. Los tricomas son células epidérmicas similares a pelos especializadas que secretan aceites y sustancias. Estas adaptaciones impiden el flujo de aire a través del poro estomático y reducen la transpiración. También se encuentran comúnmente múltiples capas epidérmicas en este tipo de plantas.

Transporte de fotosintatos en el floema

Las plantas necesitan una fuente de energía para crecer. En las semillas y los bulbos, los alimentos se almacenan en polímeros (como el almidón) que se convierten mediante procesos metabólicos en sacarosa para las plantas en desarrollo. Una vez que crecen los brotes y las hojas verdes, las plantas pueden producir su propio alimento mediante la fotosíntesis. Los productos de la fotosíntesis se denominan fotosintatos, que suelen estar en forma de azúcares simples como la sacarosa.

Las estructuras que producen fotosintatos para la planta en crecimiento se denominan fuentes. Los azúcares producidos en fuentes, como las hojas, deben entregarse a las partes en crecimiento de la planta a través del floema en un proceso llamado translocación. Los puntos de suministro de azúcar, como las raíces, los brotes jóvenes y las semillas en desarrollo, se denominan sumideros. Las semillas, los tubérculos y los bulbos pueden ser una fuente o un sumidero, según la etapa de desarrollo de la planta y la temporada.

Los productos de la fuente generalmente se trasladan al sumidero más cercano a través del floema. Por ejemplo, las hojas más altas enviarán fotosintetos hacia arriba, hasta la punta del brote en crecimiento, mientras que las hojas inferiores dirigirán los fotosintetos hacia las raíces. Las hojas intermedias enviarán productos en ambas direcciones, a diferencia del flujo en el xilema, que siempre es unidireccional (suelo a hoja a atmósfera). El patrón de flujo de fotosintato cambia a medida que la planta crece y se desarrolla. Los fotosintatos se dirigen principalmente a las raíces desde el principio, a los brotes y hojas durante el crecimiento vegetativo y a las semillas y frutos durante el desarrollo reproductivo. También se dirigen a los tubérculos para su almacenamiento.

Translocación: transporte desde la fuente al sumidero

Los fotosintatos, como la sacarosa, se producen en las células del mesófilo de las hojas que realizan la fotosíntesis. Desde allí, se trasladan a través del floema al lugar donde se utilizan o almacenan. Las células del mesófilo están conectadas por canales citoplasmáticos llamados plasmodesmos. Los fotosintatos se mueven a través de estos canales para llegar a los elementos del tubo-tamiz del floema (STEs) en los haces vasculares. De las células del mesófilo, los fotosintatos se cargan en las STEs del floema. La sacarosa se transporta activamente contra su gradiente de concentración (un proceso que requiere ATP) hacia las células del floema utilizando el potencial electroquímico del gradiente de protones. Esto está acoplado a la absorción de sacarosa con una proteína transportadora llamada simportador sacarosa-H +.

Las STEs del floema tienen un contenido citoplásmico reducido y están conectadas por una placa de tamiz con poros que permiten el flujo masivo impulsado por la presión, o la translocación, de la savia del floema. Las células acompañantes están asociadas con las STEs. Ayudan con las actividades metabólicas y producen energía para los STEs (Figura 30.36).

Una vez en el floema, los fotosintatos se trasladan al fregadero más cercano. La savia de floema es una solución acuosa que contiene hasta un 30 por ciento de azúcar, minerales, aminoácidos y reguladores del crecimiento de las plantas. El alto porcentaje de azúcar disminuye Ψs, lo que disminuye el potencial hídrico total y hace que el agua se mueva por ósmosis desde el xilema adyacente a los tubos del floema, aumentando así la presión. Este aumento en el potencial hídrico total provoca el flujo masivo de floema desde la fuente hasta el sumidero (Figura 30.37). La concentración de sacarosa en las células del sumidero es más baja que en las STE del floema porque la sacarosa del sumidero se ha metabolizado para el crecimiento o se ha convertido en almidón para el almacenamiento u otros polímeros, como la celulosa, para la integridad estructural. La descarga en el extremo del sumidero del tubo del floema se produce por difusión o transporte activo de moléculas de sacarosa desde un área de alta concentración a una de baja concentración. El agua se difunde del floema por ósmosis y luego se transpira o se recicla a través del xilema de regreso a la savia del floema.


Movimiento de moléculas de agua

El agua se mueve desde áreas donde el potencial hídrico es mayor (o menos negativo), a áreas donde es menor (o más negativo), y nos referimos a este movimiento como ósmosis. Por ejemplo, en el diagrama a continuación, la solución alrededor de la célula es hipertónica, lo que significa que tiene una concentración más alta de soluto, por lo tanto, un potencial hídrico más bajo que el interior de la célula. Dado que la celda tiene un membrana parcialmente permeable, permitiendo el movimiento del agua dentro y fuera de ella, el agua se moverá desde el interior de la celda, donde Ψ es más alto, hacia fuera de la celda, donde Ψ es más bajo. Esto puede provocar la muerte de células en organismos vivos. Por otro lado, una celda que se coloca en una solución de agua pura podría absorber agua hasta que estalle y muera. Por lo tanto, las células necesitan un entorno que no difiera significativamente en sus concentraciones de soluto.

El potencial hídrico es lo que permite que el agua llegue a las raíces de las plantas cuando hay más soluto dentro de las células de la raíz que el agua en el suelo. Y a medida que vamos subiendo por la planta, Ψ disminuye cada vez más, atrayendo agua hacia los tallos y luego hacia las hojas, de las que constantemente se evapora el agua, manteniendo una alta concentración de solutos y una baja Ψ. En nuestros cuerpos, la concentración de solutos se regula a través de osmorregulación, que controla y mantiene las concentraciones de agua y sal para mantenernos vivos.


Agua y vida vegetal (con diagrama)

Agua (H2O) es un óxido de hidrógeno normal en el que los dos átomos de hidrógeno están unidos al átomo de oxígeno mediante enlaces covalentes que forman un ángulo de 105 ° (figura 2.1 A). Dado que el átomo de oxígeno es más electronegativo que el átomo de hidrógeno, los electrones de los enlaces covalentes tienden a ser atraídos hacia el átomo de oxígeno. Esto da como resultado una carga negativa parcial (δ & # 8211) en el oxígeno y cargas positivas parciales iguales (δ +) en cada molécula de hidrógeno en el agua. Debido a que las cargas parciales negativas y positivas son iguales, la molécula de agua no tiene carga neta y es neutra.

Sin embargo, las cargas negativas y positivas parciales en dos lados de la molécula de agua la convierten en una molécula polar con el resultado de que el lado positivo de una molécula de agua es atraído hacia el lado negativo de otra molécula de agua formando un enlace químico electrostático débil entre las moléculas de agua polares que se llama enlace de hidrógeno y se representa mediante una línea de puntos (Fig. 2.1 B). Los enlaces de hidrógeno presentes entre las moléculas de agua proporcionan al agua propiedades físicas y tímidas únicas.

El enlace de hidrógeno es un enlace químico electrostático débil que se forma entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente y un átomo fuertemente electronegativo con un par de electrones solitarios como el nitro y el tímido o el oxígeno, y está representado por una línea de puntos. La energía del enlace de hidrógeno es menor que la del enlace iónico o covalente pero mayor que las fuerzas de Van der Waals y varía de 8 a 42 kilojules / mol de enlaces (kJ mol & # 8211 & # 8216).

En las plantas, también se pueden formar enlaces de hidrógeno entre el agua y otras sustancias, especialmente aquellas que contienen átomos de O o N electronegativos con pares de electrones solitarios. Los enlaces de hidrógeno son de enorme importancia biológica, especialmente el enlace N-H & # 8230N que permite la formación de proteínas y ácidos nucleicos complejos.

Propiedades físicas del agua:

El agua natural (lluvia, manantial, río, etc.) nunca es pura y contiene sustancias disueltas. Sin embargo, el agua pura es un líquido incoloro e inodoro con mol. peso 18 Dalton, p.f. 0 ° C, p.b. 100 ° C y densidad máxima de 1 gm. por cm 3 a 4 ° C.

Calor especifico:

La cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de la unidad de masa de una sustancia en 1 ° C se denomina calor específico. Por 1 g. de agua pura, este valor es de 1 caloría (4,184 julios). El calor específico del agua es más alto que el de otros líquidos (excepto el amoníaco líquido).

Se debe a la presencia de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Cuando se eleva la temperatura del agua, las moléculas de agua vibran más rápido y absorben grandes cantidades de energía para romper los enlaces de hidrógeno. Por lo tanto, se requiere una entrada de energía relativamente grande para aumentar su temperatura, en comparación con otros líquidos. El alto calor específico del agua es de gran importancia para las plantas a la hora de protegerlas de las fluctuaciones de temperatura potencialmente dañinas.

Calor latente de vaporización:

Es la energía necesaria para convertir la fase líquida en gaseosa (vapor) a temperatura y temperatura constantes. Para el agua, el calor latente de vaporización es 44 kJ mol -1 a 25 ° C y es el valor más alto conocido entre todos los líquidos. La mayor parte de esta energía es necesaria para romper los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. El mayor calor latente de vaporización del agua permite que las plantas se enfríen disipando el calor a través de la transpiración foliar.

Calor latente de fusión:

Es la energía térmica necesaria para convertir la masa unitaria de un sólido en un líquido a la misma temperatura. Para fundir 1 g de hielo a 0 ° C, 80 Cal. Se necesitan (335 J) de energía, que nuevamente es un valor muy alto debido a la presencia de enlaces de hidrógeno, aunque el hielo tiene menos enlaces de hidrógeno y tímido por molécula que el agua líquida. En el hielo, cada molécula de agua está unida a otras cuatro por enlaces H, formando una estructura tetrahidral (figura 2.1 C). Los tetrahidrones están dispuestos de tal manera que los cristales de hielo son básicamente hexagonales tímidamente.

Cuando el hielo se derrite en agua líquida, las moléculas de agua se separan más. Sin embargo, cabe destacar que su volumen en realidad disminuye durante la fusión. La razón radica en el hecho de que las moléculas de agua se empaquetan de manera más eficiente en agua líquida que en hielo. En el agua, cada molécula está unida a otras 5 o más mediante enlaces H.

Expansión y densidad del agua:

El agua tiene tendencia a expandirse a medida que se congela y su densidad disminuye. Por lo tanto, el hielo tiene una densidad más baja que el agua y flota sobre océanos, lagos, ríos, etc. en los inviernos y proporciona un escudo a las formas de vida que crecen debajo de él. Al enfriarse, el agua alcanza una densidad máxima de 0,999973 g / cm 3 a 3,98 ° C (o aproximadamente 1 g / cm 3 a 4 ° C). El agua se expande a medida que la temperatura desciende a 0 ° C. Su densidad a 0 ° C es de 0,999841 gm / cm 3. Cuando el agua se congela, se expande aún más formando hielo con una densidad de 0.9168 gm / cm 3 a 0 ° C. Esta expansión del agua en temperaturas bajo cero a menudo provoca el estallido de las tuberías de agua en los inviernos.

Propiedades cohesivas y adhesivas:

La fuerza de atracción mutua entre moléculas similares, como en el agua (debido a los enlaces H) se denomina cohesión. Por otro lado, la atracción de agua a una fase sólida, como la pared celular o la superficie del vidrio, se denomina adhesión. Las propiedades cohesivas y adhesivas del agua son de gran importancia en el ascenso de la savia en las plantas.

Tensión superficial:

La tensión superficial se debe a las fuerzas de atracción que existen entre las moléculas de un líquido en la superficie límite abierta de ese líquido y se mide por la fuerza por unidad de longitud (newton / metro) que actúa en la superficie en ángulo recto con cualquier línea trazada en el superficie.

Con referencia al agua, las moléculas de agua en la interfase aire-agua están siendo empujadas continuamente hacia el líquido debido a la cohesión que a la fase gaseosa (vapor) en el otro lado de la superficie. Esta atracción desigual de moléculas de agua tiende a minimizar el área de superficie en la interfaz aire-agua y ejerce una fuerza o tensión superficial sobre esta última.

La tensión superficial del agua es relativamente más alta que la de la mayoría de los demás líquidos (excepto la hidra y la timizina y la mayoría de los metales en estado líquido, como el mercurio). La tensión superficial es responsable de & # 8216tran & shyspiration pull & # 8217 que facilita el ascenso de la savia en plantas superiores.

Fuerza de Tensión:

Es la capacidad de resistir la tracción sin romperse y se mide como fuerza por unidad de área, por ejemplo, newton & # 8217s por metro cuadrado de dinas por centímetro cuadrado. La cohesión de las moléculas de agua le da al agua una alta resistencia a la tracción que permite que la columna de agua en los elementos del xilema del tallo sea empujada hacia la copa de los árboles altos sin romperse.

Agua como disolvente:

La polaridad del agua lo convierte en un excelente solvente. El agua disuelve cantidades mayores y una variedad más amplia de sustancias que cualquier otro solvente común. El agua es un solvente especialmente poderoso para los electrolitos y otras sustancias como azúcares, proteínas, etc.que tienen -OH o -NH polares2 grupos. El agua forma un escudo alrededor de los iones cargados o la superficie cargada de sol & shyvents debido a su naturaleza polar, lo que disminuye la interacción electrostática entre las sustancias cargadas y aumenta su solubilidad.

Importancia del agua para la vida vegetal:

La vida es inconcebible sin agua y las plantas no son una excepción. El agua constituye el 80-95% del peso total de los tejidos vegetales en crecimiento. Las semillas que son los tejidos más secos de las plantas todavía contienen entre un 5 y un 15% de contenido de agua y deben absorber una cantidad considerable de agua antes de germinar.

I. El agua es el disolvente más conocido y proporciona un medio para el movimiento de moléculas dentro y entre las células.

ii. Casi todas las moléculas de protoplasma deben sus actividades bioquímicas específicas al medio acuático (medio) en el que existen.

iii. Las estructuras de macromoléculas como proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y otros constituyentes celulares están muy influenciadas por el agua.

iv. El agua participa directamente en muchas reacciones bioquímicas en las células, como la hidrolisis, la hidratación y la deshidratación. El agua también es una de las materias primas de la fotosíntesis.

v. A través de la transpiración, el agua juega un papel importante en el control de la temperatura de las plantas.

vi. A diferencia de los animales, las células vegetales contienen una gran vacuola central llena de savia celular y desarrollan una gran presión intracelular llamada presión de turgencia.

La presión de turgencia es esencial para muchos procesos fisiológicos en plantas como:

iii. Transporte de solutos en floema,

iv. Procesos de transporte en membranas celulares,

v. Mantener la forma o la forma de los tejidos vegetales,

vi. Aparición de plántulas jóvenes del suelo, etc.

vii. El agua es el factor más importante para la productividad agrícola.

viii. El agua es un factor esencial para completar los ciclos de vida de formas inferiores de vida vegetal y plantas acuáticas superiores.


Absorción, conducción, aumento de la savia celular y transporte de plantas y ndash

Todas las plantas necesitan agua, minerales y alimentos. Existe un sistema presente en las plantas llamado sistema de transporte para distribuir estas sustancias por todo el cuerpo.

Las plantas con flores tienen un sistema muy bien desarrollado para transportar estas sustancias, este sistema se llama sistema vascular. El sistema vascular contiene dos tipos de tejidos, xilema y floema.

El xilema distribuye agua y el floema distribuye los alimentos por todo el cuerpo de las plantas. Las plantas necesitan agua para la fotosíntesis, la transpiración, el transporte y la función mecánica. Las plantas también necesitan minerales en forma de sales o iones. El agua es absorbida por las raíces [Fig. 2.1 (a)] para esto, las raíces proporcionan una gran superficie, contienen savia celular de mayor concentración que el agua circundante y el pelo de la raíz tiene paredes delgadas. Los tejidos vasculares están presentes en el cuerpo vegetal desde la punta de las raíces hasta las hojas, el xilema y el floema también se unen de punta a punta y forman tubos largos y las células del floema forman tubos largos para sus funciones.

Absorción de agua:

El agua ingresa al cuerpo de la planta a través del pelo de la raíz, mediante el proceso de ósmosis. La ósmosis es un proceso mediante el cual las moléculas de disolvente (agua) se mueven desde una región de baja concentración a una región de alta concentración a través de una membrana semipermeable.

Demostración de ósmosis con osmoscopio de patata:

Saque una cavidad en una papa pelada de gran tamaño, ahora corte la parte inferior para que la base quede plana. Ahora, esta papa se mantiene en agua que contiene una placa de Petri, de tal manera que la mitad de la papa se sumerge en agua. Ahora llene la cavidad de la papa con una solución de sacarosa al 25% y marque su nivel insertando un alfiler (como se muestra en el diagrama) Fig. 2.2.

Ahora, después de un tiempo, observamos que el líquido en la cavidad sube, porque el agua (solvente puro) se ha movido a través de las paredes de la papa y se ha acumulado dentro de la cavidad, cuando la concentración de moléculas de agua (solvente) era menor (debido a la presencia de sacarosa). moléculas). Este experimento demuestra que se ha producido la ósmosis. La pared de la papa actúa como una membrana semipermeable pero si hervimos la papa la membrana pierde su naturaleza semipermeable y solo se producirá la difusión.

La difusión es el movimiento de moléculas de una sustancia desde una región de mayor concentración a una región de menor concentración.:

Demostración de ósmosis mediante el uso de embudo de cardo:

Cierre la boca del embudo de cardo con papel pergamino y ahora llene el embudo de cardo con solución de azúcar y suspenda el embudo de cardo en un vaso de precipitados que contenga agua. (Fig. 2.3a) Después de una o dos horas, el nivel de solución en el tallo del embudo de cardo sube debido al movimiento de las moléculas de agua en el embudo de cardo a través del papel pergamino, que actúa como una membrana semipermeable.

Esto prueba que las moléculas de agua se mueven de una concentración baja (del vaso de precipitados) a una concentración alta (dentro del embudo de cardo), por ejemplo, la ósmosis. (Figura 2.3 b).

[Higo. 2.1 (b)] las células ciliadas de la raíz tienen una alta concentración o presión osmótica, en comparación con el agua circundante debido a que esta agua se difunde desde el exterior hacia las células de la raíz. En las raíces, la mayor parte de la absorción tiene lugar en la zona del pelo de la raíz que tiene numerosos pelos de la raíz. Las paredes del pelo de la raíz son muy delgadas y permeables.

La absorción de agua por las partículas sólidas de una sustancia en estado seco o semiseco con la formación de una solución se denomina imbibición. La absorción también tiene lugar por difusión y ósmosis. A través de estos procesos, las moléculas de sustancias se mueven de una concentración más alta a una concentración más baja. Las moléculas de agua también se mueven a través de una membrana semipermeable desde una solución diluida a una concentrada.

Experimento para mostrar la absorción de agua:

Ponga una planta frondosa joven en un tubo de ensayo que contenga agua (Fig. 2.4). Ponga unas gotas de aceite para evitar la evaporación. Marque el nivel del agua. Después de un tiempo, verá que el nivel del agua ha bajado. Demuestra que el agua perdida fue absorbida por las raíces.

Los haces vasculares en el tallo, las raíces y las venas de las hojas forman un sistema ininterrumpido de tubos que, en conjunto, realizan un sistema de transporte (Fig. 2.5) por todo el cuerpo de la planta. El agua y las sales viajan hacia arriba a través de los tejidos del xilema y los alimentos viajan hacia arriba y hacia abajo a través de los tejidos del floema (Fig. 2.6 ay amp b).

Conducción de agua a través del xilema.:

Corte dos brotes frondosos de planta de bálsamo (Fig. 2.7) bajo el agua para evitar la entrada de cualquier burbuja de aire. Ahora, manteniendo el extremo inferior del brote en agua, retire cerca de 2-3 cm del anillo exterior (floema) del tallo, manteniendo intacta la parte central. En el segundo brote, retire la parte central (xilema) de igual longitud. Ahora fije ambos brotes en rodales y observe, después de dos días encontramos que las hojas del primer brote permanecen turgentes y se mantienen firmes normalmente, pero en el segundo brote las hojas se marchitan y caen, este experimento prueba que el agua se conduce a través del xilema.

Conducción de alimentos a través del floema.:

Corta un anillo alrededor del tallo de una planta sana lo suficientemente profundo como para penetrar el floema y el cámbium, pero no el xilema. Se verá que la savia comienza a salir por el margen de corte más lejano del tallo. Después de algunas semanas, se ve que parte del tallo por encima del anillo ha crecido en diámetro y debajo del anillo se detiene el crecimiento del tallo y puede morir después de algún tiempo, cuando se terminan los alimentos almacenados. Las hojas están sanas debido al suministro continuo de agua a través de los tejidos del xilema.

Aumento de la savia celular:

El movimiento ascendente del agua con minerales disueltos desde las raíces hasta las puntas del tallo, las ramas y sus hojas se denomina ascenso de la savia (Fig. 2.8). El agua junto con los minerales disueltos es absorbida por los pelos de las raíces del suelo. La savia absorbida por los pelos radiculares pasa a través de la corteza, periciclo de raíces para ingresar a los elementos del xilema (vasos, traqueidas y parénquima del xilema). Este movimiento de la savia se produce de dos formas, una es por transporte activo que requiere energía y otra es por tracción de transpiración.

La pérdida de agua en forma de vapores de agua de las partes aéreas de una planta se llama transpiración.

Tipos de transpiración:

1. Transpiración estomática:

La evaporación del agua de las hojas que tiene lugar a través de los estomas se denomina transpiración estomática.

2. Transpiración cuticular:

Cuando la evaporación del agua se produce directamente de la superficie de las hojas y tallos herbáceos, se conoce como transpiración cuticular.

3. Transpiración lenticular y de corteza:

Cuando la evaporación del agua se produce a través de las lenticelas y la corteza, se denomina transpiración lenticular y de la corteza.

Experimento de transpiración:

Tome una planta en maceta y cubra la superficie del suelo en la maceta con una lámina de goma o polietileno (Fig. 2.9).

Ahora se coloca la planta en maceta en un plato de vidrio y se coloca una campana de vidrio sobre la planta en maceta para cubrirla y hacerla hermética. Después de algún tiempo, se observa que las paredes internas de la campana de vidrio están cubiertas de humedad. La humedad ha llegado a través de la transpiración.

Factores que afectan la transpiración:

1. La transpiración es más rápida con luz brillante que con luz difusa o en la oscuridad.

2. A alta temperatura, aumenta la tasa de transpiración.

3. La corriente de aire en movimiento aumenta la tasa de transpiración, pero debido a las altas velocidades del viento, la tasa de transpiración disminuye ya que conduce al cierre de los estomas.

4. El grosor de la cutícula y el número de estomas afectan la tasa de transpiración.

5. La alta humedad en el aire reduce la tasa de transpiración, ya que se reduce la tasa de difusión hacia afuera de los vapores de agua internos a través de los estomas.

6. Rate of transpiration increases with the decrease in atmospheric pressure.

7. Increase in the carbon dioxide level in the outside air over normal 0.03% causes stomal closure and results in the decrease of transpiration.

8. If water content of leaves decreases due to less absorption of water by the roots the leaves wilt and transpiration is reduced.

Importancia de la transpiración:

1. Transpiration leads to the concentration of sap in the plant cells, which helps in osmosis.

2. Transpiration has a cooling effect on the plant.

3. Salts move upwards in the plant due to transpiration.

4. Through transpiration, plants expel out excess water absorbed by the roots, but excessive transpiration may cause wilting and death of the plant.

More transpiration occurs from the under surface of a leaf:

There are more stomata present on the under surface of a dicot leaf, therefore more transpiration takes place from the under surface of the leaf. To prove this, we conduct an experiment by putting cobalt chloride paper on both the surfaces of leaf with the help of clips properly, after some time we observe that cobalt chloride paper (Fig. 2.10) of upper surface either does turn pink than the lower surface which turns pink more quickly. This proves that more transpiration occurs from the lower surface of leaf.


The Difference Between Apoplast and Symplast

Apoplast refers to the non protoplasmic components of a plant, including the cell wall and the intracellular spaces.

Symplast refers to the continuous arrangement of protoplasts of a plant, which are interconnected by plasmodesmata.

Apoplast consists of non protoplasmic parts such as cell wall and intracellular space.

Symplast Consists of protoplast

Apoplast composed of nonliving parts of a plant.

Symplast composed of living parts of a plant.

In apoplast, the water movement occurs by passive diffusion.

In symplast, the water movement occurs by osmosis.

In apoplast, the water movement is rapid.

In the symplast, the water movement is slower.

The metabolic rate of the cells in the root cortex does not affect the water movement.

The metabolic rate of the cells in the root cortex highly affects the water movement.

It shows less resistance to the water movement.

It shows some resistance to the water movement.

With the secondary growth of the root, most of the water moves by the apoplast route.

Beyond the cortex, water moves through the symplast route.

Similarities Between Apoplast and Symplast:

Apoplast and symplast are two ways in which the water moves from root hair cells to the xylem.

Both the apoplast and symplast occur in the root cortex.

Both the apoplast and symplast carry water and nutrients towards the xylem.

Pathways For Root Absorption Through Apoplast:

The apoplastic pathway provides a way towards the vascular cell through free spaces and cell walls of the epidermis and cortex. An additional apoplastic route that allows the direct access to the xylem and phloem is along the margins of the secondary roots. The secondary root is developed from the pericycle, a cell layer just inside the endodermis. The endodermis is characterized by the Casparian strip. Apoplast was previously defined as the whole thing but the symplast, consisting of cell walls and spaces between cells in which water and solutes can move freely.


Phloem Loading and Unloading in Plants

Translocation of organic solutes such as sucrose (i.e., photosynthetic) takes place through sieve tube elements of phloem from supply end (or source) to consumption end (or sink). But, before this translocation of sugars could proceed, the soluble sugars must be transferred from mesophyll cells to sieve tube elements of the respective leaves.

This transfer of sugars (photosynthetic) from mesophyll cells to sieve tube elements in the leaf is called as phloem loading. On the other hand, the transfer of sugars (photosynthetic) from sieve tube elements to the receiver cells of consumption end (i.e., sink or­gans) is called as phloem unloading. Both are energy requiring processes.

Phloem Loading:

As a result of photosynthesis, the sugars such as sucrose produced in mesophyll cells move to the sieve tubes of smallest veins of the leaf either directly or through only 2-3 cells depending upon the leaf anatomy. Consequently, the concentration of sugars increases in sieve tubes in comparison to the surrounding mesophyll cells.

The movement of sugars from mesophyll cells to sieve tubes of phloem may occur either through symplast (i.e., cell to cell through plasmodesmata, remaining in the cytoplasm) or the sugars may enter the apoplast (i.e., cell walls outside the protoplasts) at some point en route to phloem sieve tubes.

In the latter case, the sugars are actively loaded from apoplast to sieve tubes by an energy driven transport located in the plasma membrane of these cells. The mechanism of phloem loading in such case has been called as sucrose-H + symport or cotransport mechanism.

According to this mechanism (Fig. 15.5 ) protons (H + ) are pumped out through the plasma membrane using the energy from ATP and an ATPase carrier en­zyme, so that concentration of H + becomes higher outside (in the apoplast) than inside the cell. Spontaneous tendency toward equilibrium causes protons to diffuse back into the cyto­plasm through plasma membrane coupled with transport of sucrose from apoplast to cyto­plasm through sucrose -H + symporter located in the plasma membrane.

The mechanism of the transfer of sugars (sucrose) from mesophyll cells to apoplast is however, not known.

Phloem loading is specific and selective for transport sugars. Both symplastic and apoplastic pathways of phloem loading are used in plants but in different species. In some species however, phloem loading may occur through both the path­ways in the same sieve tube element or in different sieve tube elements of the same vein or in sieve tubes in veins of different sizes.

Experimental findings have revealed certain patterns in apoplastic and symplastic load­ing of sugars in phloem (Table 15.1), which appears to be related with the type of sugar transported to phloem, type of companion cells (ordinary, transfer or intermediary) and num­ber of plasmodesmata (few or abundant ) connecting the sieve tubes (including the com­panion cells) to surrounding cells in smaller veins.

To some extent, phloem loading is also correlated with the family of plant, its habit (trees, shrubs, vines or herbs) and climate such as temperate, tropical or arid climate.

Phloem Unloading:

It occurs in the consumption end or sinks organs (such as developing roots, tubers, reproductive structures etc.)

Sugars move from sieve tubes to receiver cells in the sink in­volving following steps:

(i) Sieve element unloading:

In this process, sugars (imported from the source) leave sieve elements of sink tissues.

(ii) Short distance transport:

The sugars are now transported to cells in sink by a short distance pathway which has also been called as post-sieve element transport.

(iii) Storage and metabolism:

Finally, sugars are stored or metabolized in the cells of the sink.

As with the phloem loading process, sucrose unloading also occurs through symplast via plasmodesmata or through apoplast at some point en route to sink cells.

Phloem unloading is typically symplastic in growing and respiring sinks such as meristems roots, and young leaves etc. in which sucrose can be rapidly metabolized. (Young leaves act as sink until their photosynthetic machinery is fully developed, at which point they become sources).

Usually, in storage organs such as fruits (grape, orange etc.), roots (sugar beet) and stems (sugarcane), sucrose unloading is known to occur through apoplast. However, according to Oparka (1986), phloem unloading in potato tubers from sieve elements to cortical cells is a symplastic passive process. Because, there are wide varieties of sinks in plants which differ in structure and func­tion, no one scheme of phloem unloading is available.

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Staining Science: Capillary Action of Dyed Water in Plants

Introducción
Have you ever heard someone say, "That plant is thirsty," or "Give that plant a drink of water."? We know that all plants need water to survive, even bouquets of cut flowers and plants living in deserts. But have you ever thought about how water moves within the plant? In this activity, you'll put carnations in dyed water to figure out where the water goes. Where do you think the dyed water will travel, and what will this tell you about how the water moves in the cut flowers?

Fondo
Plants use water to keep their roots, stems, leaves and flowers healthy as well as prevent them from drying and wilting. The water is also used to carry dissolved nutrients throughout the plant.

Most of the time, plants get their water from the ground. This means it has to transport the water from its roots up and throughout the rest of the plant. ¿Como hace esto? Water moves through the plant by means of capillary action. Capillary action occurs when the forces binding a liquid together (cohesion and surface tension) and the forces attracting that bound liquid to another surface (adhesion) are greater than the force of gravity. Through these binding and surface forces, the plant's stem basically sucks up water&mdashalmost like drinking through a straw!

A simple way of observing capillary action is to take a teaspoon of water and gently pour it in a pool on a countertop. You'll notice that the water stays together in the pool, rather than flattening out across the countertop. (This happens because of cohesion and surface tension.) Now gently dip the corner of a paper towel in the pool of water. The water adheres to the paper and "climbs" up the paper towel. This is called capillary action.

Materiales
&bull Water
&bull Measuring cup
&bull Glass cup or vase
&bull Blue or red food color
&bull Several white carnations (at least three). Propina: Fresher flowers work better than older ones
&bull Knife
&bull Camera (optional)

Preparación
&bull Measure a half cup of water and pour it into the glass or vase.
&bull Add 20 drops of food color to the water in the glass.
&bull With the help of an adult, use a knife to cut the bottom stem tips of several (at least three) white carnations at a 45-degree angle. Propina: Be sure not to use scissors, they will crush the stems, reducing their ability to absorb water. Also, shorter stems work better than longer ones.
&bull Place the carnations in the dyed water. As you do this, use the stems of the carnations to stir the water until the dye has fully dissolved.

Procedimiento
&bull Observe the flowers immediately after you put them in the water. If you have a camera, take a picture of the flowers.
&bull Observe the flowers two, four, 24, 48 and 72 hours after you put them in the dyed water. Be sure to also observe their stems, especially the bumps where the leaves branch from the stem and it is lighter green (it may be easier to see the dye here). If you have a camera, take pictures of the flowers and stems at these time points.
&Toro How did the flowers look after two hours? What about after four, 24, 48 and 72 hours? How did their appearance change over this time period?
&Toro What does the flowers' change in appearance tell you about how water moves through them?
&Toro Extra: In this activity, you used carnations, but do you think you'd see the same results with other flowers and plants? Try this activity with another white flower&mdash a daisy, for instance&mdashor a plant that is mostly stem, such as a stalk of celery.
&Toro Extra: Try doing this activity again but use higher or lower concentrations of food color, such as one half, twice, four times or 10 times as much be sure to mix each dye amount with the same amount of water. What happens if you increase or decrease the concentration of food color in the water?
&Toro Extra: How would you make a multicolor carnation? Propina: You could try (1) leaving the flower for a day in one color of water and then putting it in another color of water for a second day or (2) splitting the end of the stem in two and immersing each half in a different color of water.


Observaciones y resultados
When you put the flowers in the dyed water, did you see some of the flowers start to show spots of dye after two hours? Did you also see some dye in the stems? After 24 hours did the flowers overall have a colored hue to them? Did this hue become more pronounced, or darker, after 48 and 72 hours?

Water moves through the plant by means of capillary action. Specifically, the water is pulled through the stem and then makes its way up to the flower. After two hours of being in the dyed water, some flowers should have clearly showed dyed spots near the edges of their petals. The water that has been pulled up undergoes a process called transpiration, which is when the water from leaves and flower petals evaporates. However, the dye it brought along doesn't evaporate, and stays around to color the flower. The loss of water generates low water pressure in the leaves and petals, causing more colored water to be pulled through the stem. By 24 hours the flowers should have gained an overall dyed hue, which darkened a little over time. The stems should have also become slightly dyed in places, particularly where the leaves branch off.

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This activity brought to you in partnership with Science Buddies


Transport of Nutrients in Plants

Transport of Nutrients in Plants provides the study of nutrient movement in plants. The greater part of this book deals with the physiology and cytology of phloem. The first chapter of the text deals with studies on the definition of the cellular pathways of transport. Chapter 2 considers how the mobility of solutes can be measured and the range of chemical species which are moved in xylem and phloem. The next chapter discusses the concepts of velocity and rate. The rest of the book is devoted to the characteristics of phloem transport and the ultrastructure of sieve elements, including such topics as the control of movement, solute-loading and -unloading mechanisms, the dependence of transport upon metabolic energy, bidirectional movement and water movement in phloem. Finally an account is given of the movement of endogenous growth regulators and a brief assessment of 'hormone-directed' transport. Botanists will find the book very interesting and informative.

Transport of Nutrients in Plants provides the study of nutrient movement in plants. The greater part of this book deals with the physiology and cytology of phloem. The first chapter of the text deals with studies on the definition of the cellular pathways of transport. Chapter 2 considers how the mobility of solutes can be measured and the range of chemical species which are moved in xylem and phloem. The next chapter discusses the concepts of velocity and rate. The rest of the book is devoted to the characteristics of phloem transport and the ultrastructure of sieve elements, including such topics as the control of movement, solute-loading and -unloading mechanisms, the dependence of transport upon metabolic energy, bidirectional movement and water movement in phloem. Finally an account is given of the movement of endogenous growth regulators and a brief assessment of 'hormone-directed' transport. Botanists will find the book very interesting and informative.


Cursos

The Department of Soil Science offers over 40 courses at levels ranging from introductory for non-majors, to advanced courses for majors in soils and allied disciplines. Departmental course offerings are periodically revised and updated, and new courses are developed to serve today’s students.

The Department of Soil Science is housed in the Soils Bldg., King Hall, and the Hiram Smith Annex. It is part of the College of Agricultural and Life Sciences (CALS).

The department’s graduate seminar series each semester focuses on topical issues and provides an exciting forum for faculty and graduate students to exchange ideas and information on a continuing basis.

All faculty members with research appointments advise graduate students enrolled in MS and PhD programs.

101 Forum on the Environment (2 cr. spring)/Thea Whitman ([email protected]). Descripción del curso: Lectures and discussions about environmental issues. Historical and contemporary environmental impacts of humans on the biosphere. Global futures: population, technology, societal values, resources and prospects for sustainable management. Crosslisted with: Environmental Studies. Prerrequisitos: none open to freshmen

131 Earth’s Soil: Natural Science & Human Use (1 cr. fall)/Alfred Hartemink ([email protected]). Descripción del curso: An overview of the soils of the world and the grand environmental challenges that face humanity. Soils of the USA and Wisconsin included. Prerrequisitos: ninguno

132 Earth’s Water: Natural Science & Human Use (3 cr. spring)/Mattie Urrutia ([email protected]). Descripción del curso: Water is central to the functioning of planet Earth. As humans increase their impact on Earth’s systems and cohabitants, our understandin.g of the multiple roles of water becomes critical to finding sustainable strategies for human and exosystem health. This course explores the science of Earth’s hydrosphere, with constant attention to human uses and impacts. Crosslisted with: Atmospheric and Oceanic Systems. Prerrequisitos: ninguno

230 Soil: Ecosystem & Resource (3 cr. spring)/Nick Balster ([email protected]). Descripción del curso: Soils are fundamental to ecosystem science. A systems approach is used to investigate how soils look and function. Topics investigated include soil structure, biology, water, fertility, and taxonomy as well as the human impact on the soil environment. Crosslisted with: Environmental Studies and Geography. Prerrequisitos: Students who have credit for SOIL SCI 301 may not enroll in this course.

250 Introduction to Environmental Science (3 cr. fall 2019)/Nick Balster ([email protected]). Descripción del curso: Designed to introduce the interdisciplinary field of Environmental Science by providing a broad overview of the basic concepts used to make sense of the environment. Explore how natural systems work, the services they provide, important environmental challenges facing these systems, and how people are working to address them. Includes professionals in the field as guest speakers to discuss a future in Environmental Sciences. Pre-requisites: None

299 Independent Study (1-3 cr. all terms) Students are responsible for arranging the work/credits with a supervising instructor. Descripción del curso: Provides academic credit for research work under direct guidance of a faculty or instructional academic staff member. Students are responsible for arranging the work and credits with the supervising instructor. Prerrequisitos: Consent of instructor

301 General Soil Science (4 cr. fall)/Doug Soldat & Phil Barak (lecture), Mattie Urrutia (lab) ([email protected] [email protected] [email protected]). Descripción del curso: Physical chemical and biological properties of soils as they affect soil-plant-water relations, soil classification and suitability for agricultural and other uses. Prerrequisitos: (CHEM 103, 109, or 115) and (MATH 112, 114, or 171)

321 Soil & Environmental Chemistry (3 cr. fall)/Will Bleam ([email protected]). Descripción del curso: Undergraduate students majoring in soil science, environmental science, geology and chemistry are the target audiences for this course. The emphasis is chemistry fundamentals in the environmental context. Some topics are not covered in college-level general chemistry: clay mineralogy, ion exchange, and adsorption reactions. This course applies biological chemistry to both natural organic matter and reductionoxidation chemistry. Chemical hydrology and risk assessment are topics professional environmental chemists will likely encounter. Prerrequisitos: CHEM 104, 109 or 116

322 Physical Principles of Soil & Water Manage-ment (3 cr. spring)/Jingyi Huang ([email protected]). Descripción del curso: Soil physical properties and interactions as related to soil and water resource management and conservation. Water runoff (leading to soil erosion and surface water contamination) tillage and nutrient management soil thermal and moisture regimes solute movement soil compaction, air and aeration. Prerrequisitos: (PHYSICS 103, 201, 207 or 247) and SOIL SCI 301

323 Soil Biology (3 cr. fall)/Matt Ruark, Zac Freedman & Ann Macguidwin ([email protected] [email protected]). Descripción del curso: Nature, activities and role of organisms inhabiting soil. Effects of soil biota on ecosystem function, response to cultural practices, and impacts on environmental quality, including bioremediation of contaminated soils. Crosslisted with: Plant Pathology. Prerrequisitos: (BIO/BOT/ZOO 152, or BIO/ZOO 101 and BIO/ZOO 102 and BIO/BOT 130, or BIOCORE 381, 382, 383, and 384) and (CHEM 104, 109, or 116)

324 Soils & Environmental Quality (3 cr. summer-online only)/Mattie Urrutia ([email protected]). Descripción del curso: Interaction of soils with environmental contaminants and the role of soils in pollution control. Crosslisted with: Environmental Studies. Prerrequisitos: CHEM 104, 109, or 116

325 Soils & Landscapes (3 cr. fall)/Alfred Hartemink ([email protected]). Descripción del curso: Learn how to read the landscape and understand the relationships between soils, land use and landform. Discuss soil-forming factors, soil processes, soil classification, the 12 soil orders, soil survey and mapping. We will make several field trips and attendance is essential and required. Prerrequisitos: ninguno

326 Plant Nutrition Management (3 cr. spring)/ Phil Barak ([email protected]) lecture Mattie Urrutia ([email protected]) lab. Descripción del curso: Functions, requirements and uptake of essential plant nutrients chemical and microbial processes affecting nutrient availability diagnosis of plant and soil nutrient status fertilizers and efficient fertilizer use in different tillage systems. Crosslisted with: Agronomy and Horticulture. Prerrequisitos: (CHEM 103, 109, or 115 and ENVIR ST/GEOG/SOIL SCI 230) or SOIL SCI 301

332 Turfgrass Nutrient & Water Management (3 cr. even numbered fall)/Doug Soldat ([email protected]). Descripción del curso: Nutrient requirements of turfgrasses nature of turfgrass response to fertilization soil and tissue testing methodology and interpretation irrigation scheduling irrigation water quality use of irrigation and fertilizer to minimize environmental impact writing effective nutrient management plans. Crosslisted with: Horticulture. Prerrequisitos: ninguno

375 Topic Courses. Descripción del curso: Special topics on contemporary issues relevant to soil science. Prerrequisitos: Consent of instructor

430 Environmental Soil Contamination (3 cr. spring 2020)/Ed Boswell ([email protected]). Descripción del curso: Examine the sources and properties of anthropogenic soil pollution including emerging contaminants such as PFAS, nanomaterials, microplastics. Apply the principles of soil science to understand the transport, mobilization, and partitioning of contaminants in soil and, in turn, how these contaminants affect ecosystem and human health. Through industry guest lecturers and case studies discuss methods to solve issues of soil contamination. Pre-requisites: Chem 104 or 109 or 116 or Graduate/professional student standing

499 Capstone (3 cr. fall)/Nick Balster or Steve Ventura ([email protected]/[email protected]). Descripción del curso: A capstone applying independent and team problem solving, critical thinking and oral and written communication skills to issues in soil and environmental sciences. Crosslisted with: Environmental Studies 600. Prerrequisitos: Senior standing only declared Soil Science or Environmental Sciences programs

523 Soil Microbiology & Biogeochemistry (3 cr. spring)/Thea Whitman ([email protected]). Descripción del curso: Transformations of nutrients and contaminants in soils and groundwater by microorganisms: emphasis on enzymatic mechanisms and metabolic pathways. Approaches for analyzing microbial populations and activities including molecular techniques. Applications of microbial activities for bioremediation of contaminated soils and groundwater. Students should have completed one course in either Soil Science or Microbiology to feel comfortable with the course content. Crosslisted with: Microbiología. Prerrequisitos: (CHEM 104, 109, or 116) and (BIO/ZOO 102, BIO/BOT 130, or BIO/BOT/ZOO 151) Senior standing

524 Urban Soil & the Environment (3 cr. odd numbered fall – online)/Nick Balster ([email protected]). Descripción del curso: Many environmental issues related to urbanization are derived from the manipulation of soil. By coupling contemporary literature in urban soils with soil science, students will be able to evaluate environmental issues within the urban environment and provide new ways of remediating their impact. Crosslisted with: Forest & Wildlife Ecology and Horticulture. Prerrequisitos: (PHYSICS 103, 201, 207, or 247) and (ENV ST/GEOG/SOIL SCI 230 or SOIL SCI 301 or concurrent)

532 Environmental Biophysics (3 cr. fall)/Chris Kucharik ( kucharik @wisc.edu). Course description: Plant-environment interactions with particular reference to energy exchanges and water relations. Models are used to provide a quantitative synthesis of information from plant physiology, soil physics, and micrometeorology with some consideration of plant-pest interactions. Students should have completed at least one course in Botany, Agronomy, or Plant Sciences to feel comfortable with the course content. Crosslisted with: AGRON, ATMO. Requisitos previos: (BOT/BIOL 130) and (MATH 211, 217, 221 or 275) and (PHYSICS 103, 201, 207, or 247) Graduate/professional standing

575 Assessment of Environmental Impact (3 cr. even numbered spring)/Steve Ventura ([email protected]). Descripción del curso: Overview of methods for collecting and analyzing information about environmental impacts on agricultural and natural resources, including monitoring the physical environment and relating impacts to people and society. Crosslisted with: Environmental Studies. Prerrequisitos: Junior standing

621 Advanced Soil & Environmental Chemistry (3 cr. spring)/Will Bleam ([email protected]). Descripción del curso: Solubility relationships, complex ions, ion exchange and oxidation-reduction reactions in soils. Prerrequisitos: CHEM 104, 109, or 116

622 Soil Physics (3 cr. fall)/Jingyi Huang ([email protected]). Descripción del curso: Physical properties of soils. Water retention and transmission in soils. Transport of heat, gas, and solutes. Physical environment of soil organisms and soil-plant-water relations. Prerrequisitos: (MATH 104, 109, or 116) and (PHYSICS 104, 202 208, or 248) and SOIL SCI 301

626 Mineral Nutrition of Plants (3 cr. odd numbered fall)/Phil Barak & Edgar Spalding ([email protected]). Descripción del curso: Essential and beneficial elements, solutions and soil as nutrient sources, rhizosphere chemistry, nutritional physiology, ion uptake and translocation, functions of elements, nutrient interactions, genetics of plant nutrition. Crosslisted with: Botany and Horticulture. Prerrequisitos: Graduate student or BOT 500

631 Toxicants in the Environment: Sources, Distribution & Fate (3 cr. spring)/Joel Pedersen ([email protected]). Descripción del curso: Nature, sources, distribution, and fate of contaminants in air, water, soil, and food and potential for harmful exposure. Crosslisted with: M& Environmental Toxicology and Civil & Environmental Engineering. Prerrequisitos: (CHEM 104, 109, or 116) and (MATH 211, 217, 221 or 275) and (PHYSICS 104, 202, 208, or 248)

695 Application of GIS in Natural Resources (3 cr. spring)/Steve Ventura (odd yrs [email protected]) Janet Silbernagel (even yrs [email protected]). Descripción del curso: Course has four components: 1) Detailed review of GIS concepts 2) Case studies 3) GIS implementation methods 4) Laboratory to provide “hands-on” GIS experience. Crosslisted with: Landscape Architecture and Environmental Studies. Prerrequisitos: Geography 377

699 Special Problems (Individual study for majors arrange w/faculty member). Descripción del curso: Individual study for majors completing theses for Soil Science degrees as arranged with a faculty member. Prerequisite: Requires consent of supervising instructor

728 Graduate Seminar (1 cr. fall & spring)/Will Bleam ([email protected]). Descripción del curso: Topical oral presentations by guest speakers and graduate students on contemporary concerns and issues involving land and soils.Prerrequisitos: Graduate standing

799 Practicum: Soil Science Teaching (1-3 cr. fall & spring)/Instructional orientation to teaching at higher level. Descripción del curso: Instructional orientation to teaching at the higher education level in the agricultural and life sciences, direct teaching experience under faculty supervision, experience in testing and evaluation of students, and the analysis of teaching performance. Prerrequisitos: Graduate standing

875 Special Topics (Special topics in contemporary issues). Descripción del curso: Special topics on contemporary issues relevant to soil science. Prerequisite: consent of instructor

990 Research (credits vary fall, spring, summer)/ Independent research & writing to complete dissertation requirements. Descripción del curso: Independent research and writing to complete dissertation requirements. Prerrequisitos: Graduate standing


Ver el vídeo: Part 2Plus 1BotanyBiology. Plant water relations. Water potentialOsmosisTransport in plants (Febrero 2023).