TP Nº 2 Potencial Hídrico. - Facultad de Ciencias Naturales

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoTrabajo Práctico Nº 2Potencial HídricoIntroducción:La distribución de los vegetales en el suelo está controlada por la disponibilidad de agua;además, existe una importante relación suelo - planta - atmósfera que origina un flujo de agua afavor de gradientes de potencial químico.Se entiende por potencial químico a la energía libre por mol de sustancia. Cuando lasustancia considerada es el agua, el potencial químico se denomina Potencial Agua. Loscomponentes del Potencial Agua son:Ψw = Ψp + Ψs + ΨmΨp: Potencial de pared; expresa la reacción de la pared a la entrada y salida de agua; aumenta laenergía libre del agua y su valor es positivo.Ψs: Potencial de soluto, o potencial osmótico; expresa el efecto de los solutos en la soluciónvacuolar, disminuye la energía libre del agua, su valor es negativo.Ψm: Potencial mátrico; expresa el efecto de retención de agua por los coloides celulares, laenergía libre del agua celular disminuye, su valor es negativo.El potencial mátrico adquiere fundamental importancia en el proceso de imbibición, en elcual las sustancias coloidales cargadas eléctricamente fijan agua o iones en su superficie. Los Ψpy Ψs tienen importancia en la absorción y pérdida de agua por parte de la planta.La diferencia entre la entrada y la salida de agua en la planta se conoce como balancehídrico de la planta (absorción - transpiración).T.P.2, Potencial hídrico, 1

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoLlamamos déficit hídrico al fenómeno por el cual la pérdida de agua por transpiraciónsupera a la ganancia por absorción y se evidencia por una pérdida de turgencia de las células ytejidos. Se distinguen dos tipos de déficit:Marchitez temporaria o déficit al mediodía: fenómeno que ocurre cuando latranspiración supera a la absorción, aún cuando el suelo está bien provisto de agua. Estárelacionado con las tardes calurosas de verano, por un exceso temporario detranspiración. El síntoma más aparente es el cierre total o parcial de los estomas duranteeste período. Durante la noche, la turgencia se recupera debido a la menor pérdida deagua por el cierre de estomas, por la humedad relativa más alta y la menor cargaenergética.Marchitez permanente: este fenómeno ocurre por factores edáficos y dependefundamentalmente del potencial suelo y del potencial mátrico de la raíz. La recuperaciónnoctura del estado hídrico de la planta es posible mientras se mantenga el gradiente entreΨraíz y Ψsuelo. Si no se resuministra agua al suelo y la sequía edáfica se acentúa, elagua no se moverá del suelo a la planta ni aún durante la noche. En este caso: punto demarchitez permanente, las hojas marchitas (por déficit hídrico) no se recuperan de sumarchitez ni aún colocándolas en una atmósfera saturada de humedad, a menos que ladeshidratación celular no haya sido severa, se agregue agua al suelo y se vuelva a crearun gradiente que permita la absorción radical de agua. El agua disponible o agua útil es aquella que se halla entre el potencial de capacidad decampo (-0,2 atm) y el potencial de PMP (-15 atm). El potencial de los suelos salinos es muy bajo (-100 a –200 atm). Las especies adaptadas aeste habitat (plantas halófitas) poseen un potencial osmótico (Salicornia sp, Atriplex sp.) o unpotencial mátrico (cactáceas) muy reducido que les permite extraer agua del suelo aún anteesa situación tan desfavorable. En el caso de las cactáceas por ejemplo, el potencial suelo enlugares áridos no es inferior a –14 atm mientras el potencial mátrico es muy negativo (-250atm).T.P.2, Potencial hídrico, 2

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoTécnicas para medir potencial hídrico en materiales vegetalesMétodos Método de Volumen constante Cámara de presión Osmómetro Sicrómetros Sonda de presiónCámara de presiónUn método rápido para medir el potencial hídrico de trozos grandes de tejidos, tales comoramas y hojas es utilizando la cámara de presión de Scholander. La cámara de presión mide lapresión hidrostática negativa (tensión) que existe en el xilema de muchas plantas. Se asume que elpotencial hídrico del xilema es muy cercano al potencial hídrico promedio de todo el órgano. Enésta técnica, se separa de la planta el órgano a ser medido, se introduce en una cámara depresión sellada, se aplica una presión con N2 comprimido, hasta que el agua en el xilema aparecede nuevo en la superficie cortada. La presión necesaria para restaurar la columna líquida, se llamapresión de balance. La presión de balance es igual en magnitud pero de signo contrario, a latensión que existía en el xilema, antes de cortar el órgano.T.P.2, Potencial hídrico, 3

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoResumen Método rápido, comúnmente usado El equipo puede ser usado en campo; aunque puede ser pesado y voluminoso Se aplican niveles peligrosos de presión en la cámaraMétodo de Volumen constanteEl método del volumen constante usa los potenciales hídricos conocidos de solucionesmolares para estimar el potencial hídrico de tejidos vegetales. Este método asume dos cosas.Primero, que la presión hidrostática es cero ya que el tubo se encuentra abierto a la atmósfera y nose aplica presión extra; y segundo, se asume que el potencial hídrico del tejido vegetal es igual alpotencial hídrico de la solución cuando no hay movimiento neto de agua entre ambos. Note queaunque no haya movimiento neto de agua, el movimiento del agua no cesa, solo que la cantidad deagua que se mueve entre el tejido vegetal y la solución es similar.T.P.2, Potencial hídrico, 4

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoEl método del volumen constante es una técnica muy sencilla para estimar el potencialhídrico de tejidos vegetales; se requiere un mínimo de equipo y es muy barato. Sin embargo, laresolución de sus resultados es muy baja.Resumen• Es un método simple• Requiere un equipo mínimo• Resultados de baja resoluciónOsmómetroEl Osmómetro Crioscópico estima el potencial hídrico de tejidos vegetales evaluando elpotencial osmótico de la savia celular. Este método se basa en las Propiedades Coligativas de lasSoluciones, que señalan que conforme la concentración de solutos de una solución se incrementa,el punto de congelamiento se reduce.Cuando se usa este método, se asume que el potencial hidrostático (YP) en las células escero por el daño que el congelamiento causa en las membranas.El Osmómetro Crioscópico consiste de un componente de temperatura controladaincorporado a un microscopio. Una gota de savia celular es depositada en un pequeño hueco delcomponente térmico. Se agrega aceite para evitar la evaporación.La temperatura es disminuida rápidamente para congelar la savia celular. Enseguida, seeleva la temperatura lentamente a la vez que la fusión de la savia es observada por el microscopiohasta que el último cristal de savia se derrite. Cuando esto ocurre, se registra la temperatura.Debe recordarse que los puntos de fusión y congelamiento son los mismos. El potencial osmóticode la savia se calcula usando la disminución en el punto de congelamientoEl Osmómetro Crioscópico es un instrumento muy costoso, que solo puede ser operado encondiciones de laboratorio por técnicos capacitados.La presencia de sustancias anticongelantes en las células puede afectar las estimacionesdel potencial osmótico basadas en la disminución del punto de congelamiento.ResumenInstrumento costosoSolo técnicos capacitados lo usan bajo condiciones de laboratorioSustancias anticongelantes en las células pueden afectar la estimación de YST.P.2, Potencial hídrico, 5

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoPsicrómetros“Psicro” viene del griego y significa “enfriar”. El psicrómetro estima el potencial hídricomidiendo el cambio de temperatura debido a la evaporación o condensación del agua.Es una aplicación del efecto Peltier a la medida de parámetros hídricos, concretamentepara medir el potencial hídrico de tejidos, fragmentos de órganos y pequeños órganos enteros. Sonmedidas destructivas.El Psicrómetro consiste de una cámara sellada con un termopar conectado a un medidor detemperatura. Una gota de una solución estándar de potencial hídrico conocido es colocada en eltermopar y un segmento de tejido vegetal es depositado en el fondo de la cámara.La cámara es sellada. Se permite que la gota de solución y el tejido vegetal entren enequilibrio.Si la gota de solución en el termopar presenta un potencial hídrico mayor que el del tejidovegetal, el agua se moverá de la solución al tejido causando una disminución de la temperaturadebido al enfriamiento evaporativo.Aquí, el agua se mueve de la gota de solución al tejido, siguiendo el potencial hídrico másbajo. La evaporación enfría al termopar.Si el tejido tiene un potencial hídrico mayor que el de la gota de solución, el agua se moverádel tejido vegetal y se condensará sobre la gota de solución, causando un incremento en latemperaturaAquí, el agua se mueve del tejido a la gota de solución, siguiendo el potencial hídrico másbajo. La condensación calienta el termoparEn el punto en el que no se detectan cambios de temperatura se asume que los potencialeshídricos de la gota de solución y del tejido vegetal son iguales.T.P.2, Potencial hídrico, 6

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoAquí, el agua está en equilibrio entre la gota de solución y el tejido. Por lo tanto, no hay uncambio de temperatura.El psicrómetro puede ser usado para estimar el potencial hídrico de segmentos de tejidosvegetales intactos y de soluciones. El equipo es muy sensible a los cambios de temperatura ydebe ser operado bajo condiciones controladas constantes en laboratorio.ResumenEstima YW de segmentos de tejidos vegetales intactos y de solucionesEl equipo es muy sensitivo a las fluctuaciones de temperaturaSe usa bajo condiciones controladas de laboratorioAlgo más sobre los psicrómetros…Peltier (1834) descubrió que cuando se hace circular una corriente eléctrica a través de untermopar o unión de dos metales en una dirección, uno se calienta y el otro se enfría, si la direcciónde la corriente se invierte se produce un efecto contrario en el calentamiento y enfriamiento.Actualmente los psicrómetros constan de una pequeña cámara donde se sitúa la muestra vegetal(o una solución de referencia) y el termopar conectado exteriormente a una fuente y un registradorde voltaje. El termopar se construye con alambres de cromel (aleación cromo-níquel) y deconstantan (aleación cobre-níquel), protegidos del exterior por una pequeña malla de aceroinoxidable o una copa cerámica que permita entrar el vapor del agua.En El funcionamiento del psicrómetro de termopar es de la siguiente manera: Por medio dela inducción de un pequeño voltaje, la temperatura del termopar se reduce hasta el punto de rocío,de tal manera que el vapor de agua de la atmósfera de la cámara del aparato se condensa en launión metálica o termopar (efecto Peltier). El enfriamiento se detiene (cortando el paso de corrienteeléctrica) y la temperatura de la unión metálica es medida con un microvoltímetro mientras el aguade la gota formada sobre la unión se va evaporando. La temperatura de la unión depende de lavelocidad de evaporación (a mayor evaporación mayor descenso de temperatura de la uniónmetálica), la cual a su vez depende de la humedad relativa del ambiente, que está directamenterelacionada con el potencial hídrico del tejido.Las lecturas registradas por los psicrómetros son microvolts (µv) generados por ladiferencia de temperaturas de la unión de referencia y la unión de medición. Para convertir laslecturas a valores de potencial hídrico será necesario realizar una curva de calibración con larespuesta del psicrómetro a diferentes concentraciones de disoluciones de potencial hídricoT.P.2, Potencial hídrico, 7

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial Hídricoconocido. Comúnmente se utilizan disoluciones de cloruro de sodio a diferentes concentraciones, amenor potencial hídrico.Sonda de presiónMicrocapilar que es introducido en una célula viva para medir la turgencia celular. Mideutilizando un sensor de presión.T.P.2, Potencial hídrico, 8

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoObjetivo:Estimar en forma indirecta el potencial hídrico de tejido vegetal.Determinar en forma directa el potencial hídrico de tejido vegetal.Determinar y comparar el contenido relativo de agua en diversos tejidos vegetales.Actividad 1:En los siguientes esquemas se pueden resumir aquellos factores que interesan paraconocer la dinámica del agua en la planta. Analícelos y establezca algunas conclusiones enrelación a: la dirección del movimiento del agua en relación a sus potenciales la modificación del potencial hídrico con respecto a la temperatura, presión y elagregado de un soluto, un coloide o la acción de una tensión.membranaABABAgua Agua A Bpura puraa b csolutoAA BBABdeT.P.2, Potencial hídrico, 9

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoActividad 2:Materiales:11 tubos de ensayo 1 probeta de 25 ml4 cajas de petri sacabocados de 1 cmpapel de filtro hojas con pecíolos recién cortadasBisturí1 papa, 1 batata y 1 manzana grandesalgodónsoluciones de sacarosa:estufa0.6M, 0.55M, 0.5M, 0.45M, 0.4M, 0.35M, 0.3M,regla0.25M, 0.2M, 0.15M, 0.1M.Metodología:Potencial Hídrico (Ψw)1. Preparar 50 ml de las soluciones de sacarosa mencionadas en Materiales y colocar cadasolución en tres tubos de ensayos rotulados.2. Pelar una papa grande y cortar 11 cilindros usando el sacabocados. Luego se vuelven acortar los cilindros, cuidando que tengan 4 cm de largo. Todos los cilindros deben cortarse de lamisma papa y mantenerse en humedad (envueltos en un trapo húmedo) para evitar laevaporación a partir de las superficies cortadas. Repetir con manzana y batata.3. Tan rápido como sea posible, se pesa cada cilindro al centigramo y se transfiere uno a cadadilución de la serie anterior, tapando enseguida cada tubo de ensayo.4. Se colocan en heladera durante 48 horas y luego se vuelven a pesar, secándolospreviamente con papel de filtro.Resultados y conclusiones:- Confeccionar una tabla con los pesos iniciales y finales de cada cilindro, la ganancia o pérdidade peso (agua) de cada uno y la ganancia o pérdida de cada uno por gramo inicial de peso.- Graficar el cambio de peso (%) en función de las variaciones en la concentración de sacarosa.- La solución en la cual no hay ganancia o pérdida de peso, es considerada igual en presiónosmótica al Ψw de las células de la papa. Las soluciones de igual potencial se denominanisoosmóticas.- ¿Qué indican los valores encontrados en la tabla:- cuando hay aumento de peso?- cuando hay disminución de peso?- cuando no hay variación de peso?- Alguno de los valores obtenidos ¿le serviría para hallar el potencial hídrico del tejidode la papa? ¿Cuál? y ¿cómo?T.P.2, Potencial hídrico, 10

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoActividad 3Medición del potencial hídrico con una cámara de presión ScholanderMateriales:Ramas terminales de arbustosBolsas ziplocProcedimientoHojas de árbolesCámara de presión1. Cortar ramas terminales de arbustos y hojas de árboles con “buen” pecíolo y colocar enbolsas ziploc.2. Determinar el potencial hídrico de las muestras con la utilización de una cámara de presión.Se realizarán al menos 4 mediciones por especie.3. Discutir resultados y concluir.Actividad 4Contenido relativo de aguaEl contenido relativo de agua (CRA) es otro índice de utilidad para evaluar el estadohídrico de la planta. El CRA o TR (turgencia relativa) es el porcentaje de agua de un tejido,considerando como 100% el contenido de agua de éste en condiciones de turgencia máxima.El CRA admite comparación entre tejidos idénticos, pero no con el de otros que poseendistinta estructura (por ej. distintas especies). Su mayor desventaja es que a menos que el déficithídrico sea muy severo, un pequeño cambio del contenido de agua afecta mucho menos al CRAque al Ψw.El DSH (déficit de saturación hídrica) es la magnitud en que los tejidos difieren de lacantidad máxima de agua que pueden absorber y se calcula por la diferencia: DSH = 100 – CRAProcedimiento1. Tomar el peso fresco (PF) de las hojas del vegetal a estudiar (por ejemplo hojas jóvenes yhojas viejas, por ejemplo).2. Llevar a cámara de humedad para lograr la saturación hídrica, durante 1 o 2 días. Al cabo deeste tiempo, tomar el peso saturado (PSat).3. Colocar en estufa a 95 o 100 º C durante 1 o 2 días4. Registrar el peso seco de las hojas (PS).T.P.2, Potencial hídrico, 11

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoResultados y conclusiones Con los valores obtenidos calcular el CRA.PF PSCRA .100Psat PS Comparar los valores obtenidos entre hojas jóvenes y hojas viejas, por ejemplo. Elaborar conclusiones en relación a los tipos de hoja analizados.Bibliografía:Barcelo Coll, J.; Rodrigo Gregorio, N.; Sabater García, B. & Sánchez Tames, R.- 1992- FisiologíaVegetal- Editorial Pirámide. Madrid- 211 pp-Guía de Trabajos Prácticos de Fisiología vegetal y fitogeografía. 1997. Facultad de CienciasAgrarias y Forestales U.N.L.P.Salisbury, F. & Ross, C.- 1994- Fisiología Vegetal- Ed. Interamericana- 759 pp-T.P.2, Potencial hídrico, 12

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoAnexo Problemas1. Qué presión desarrollaría una solución 0.3 M si se coloca en un osmómetro, a 25 ºC?. Cómo sedenomina esta presión y cómo se relaciona con el potencial osmótico de la solución?.2. La célula A tiene un potencial hídrico = -12 atm y está sumergida en una solución de potencialhídrico = -6 atm. La célula B tiene un potencial hídrico = -10 atm y está en una solución depotencial hídrico = -8 atm. Suponga que ambas células llegan al equilibrio con las soluciones enque se encuentran, se las retira y se las pone en contacto. En qué dirección pasaría el agua ypor qué?.3. Un trozo de epidermis con potencial osmótico = -8 atm y potencial de pared = 3 atm, sefracciona en tres partes y se sumergen en tres soluciones distintas, de potencial osmótico = -5, -8 y - 10 atm. Indique las magnitudes osmóticas en el equilibrio en los tres casos.4. Una célula cuya presión de pared = 2.6 atm contiene: glucosa, 0.1M; sacarosa, 0.1M y maltosa,0.18M. Se halla sumergida en una solución de potencial osmótico = -3 atm. La temperatura es20ºC. Calcule el potencial hídrico de la célula y el potencial hídrico y de pared en el equilibrio.5. Hay suelos que a pesar de estar a capacidad de campo, no pueden suministrar agua a lasplantas. Explique por qué.6. Trozos de tejidos de hojas fueron colocados en agua y en soluciones cuyos potencialesosmóticos= -0.1, -0.3 y -0.7atm y dejados en ellas hasta alcanzar el equilibrio. En la solución de-0.7 atm, las células se plasmolizaron incipientemente y el volumen disminuyó un 3%. En lasolución de -0.3 atm, conservaron el mismo volumen que tenían originariamente; en la soluciónde -0.1 atm y en agua pura hubo aumento de volumen. Se desea saber el valor de potencialhídrico, potencial osmótico y potencial de pared de la hoja en su estado inicial.T.P.2, Potencial hídrico, 13

U.N.P.S.J.B.Facultad de Ciencias Naturales – Dpto. de Biología GeneralCátedra Fisiología General – TP N°2: Potencial HídricoEjercicios de repaso1. El potencial hídrico de la célula depende principalmente de los siguientes factores:a) Concentración de solutos en la vacuolab) Presión gravitatoriac) Presión de turgor de la pared celulard) Potencial eléctricoe) a y c2. Si una célula (donde el potencial hídrico es igual a -0.3atm y el potencial osmótico es -0.8atm)es introducida en una solución de sucrosa (presión osmótica: 0.8atm), entonces el agua:a) se mueve hacia dentro de la célulab) se mueve hacia fuera de la célulac) no hay movimiento de agua3. Mediante el método de volumen constante podemos:a) determinar el potencial de soluto de las células del tejido vegetalb) determinar el potencial hídrico de las células del tejido vegetalc) determinar el potencial de pared de las células del tejido vegetald) a y c4. Si una célula presenta plasmólisis incipiente su potencial de pared es:a) distinto de 0b) igual a 05. El agua en la planta se mueve:a) de potenciales hídricos menores a potenciales hídricos mayoresb) de potenciales hídricos mayores a potenciales hídricos menores6. Si una hoja presenta un potencial hídrico de -0.7 atm, que potencial debería poseer la raíz paraque se evidencie flujo de agua por el tallo:a) menorb) mayorc) igualT.P.2, Potencial hídrico, 14