Bilancio idrico

Bilancio idrico

Resilienza delle piante

Pianta → resilienza, ovvero capacità di resistere e reagire alle difficoltà della vita mettendo in atto svariate strategie.

Acqua e metabolismo

L’acqua è il costituente principale degli organismi viventi. Nel caso delle cellule vegetali, per esempio di una foglia, essa può rappresentare più del 90% del peso fresco cellulare (indice di metabolismo attivo). Non tutti gli organi della pianta hanno un contenuto così elevato di H₂O. Nei semi, allo stato quiescente, l’acqua si trova intorno al 12% del peso: il lento metabolismo si riattiva nelle prime fasi di germinazione. La presenza di acqua è una condizione indispensabile per la vita e la sua disponibilità è un fattore limitante.

Coinvolgimento dell'acqua

• Coinvolgimento indiretto: è il mezzo disperdente in cui si muovono le molecole.
• Coinvolgimento diretto: partecipa alla reazione chimica.

L'acqua che entra dentro la cellula determina una pressione endocellulare detta pressione di turgore, essenziale per molti processi cellulari, tra cui l'espansione cellulare. La pressione di turgore inoltre contribuisce alla rigidità e alla stabilità meccanica dei tessuti non lignificati.

Funzione dell'acqua nella pianta

A livello della pianta, l'acqua è indispensabile in quanto, insieme ad essa, attraverso l'apparato radicale, la pianta assorbe anche i sali minerali. L'acqua assorbita attraverso l'apparato radicale viene poi traspirata a livello fogliare, dove avverrà il processo di traspirazione, che rappresenta la forza motrice che permette la salita della linfa grezza e garantisce l'ulteriore assorbimento di H₂O e sali minerali dal terreno.

Molecola d'acqua

Il ruolo dell’acqua è strettamente legato alle sue proprietà chimico-fisiche. L’atomo di ossigeno ha 6 e- negli orbitali esterni (è più elettronegativo dell’atomo di idrogeno che ne ha solo 1) e quindi attrae gli elettroni dell’idrogeno. Questo porta a una parziale carica negativa sull’ossigeno e una parziale carica positiva su ogni atomo di idrogeno.

• Acqua → molecola polare, assume il carattere di un dipolo.
• Non possiede carica netta → neutra, dovuta all'asimmetrica distribuzione di cariche.

L’esteso numero di legami idrogeno dell’acqua (fino a 4 per molecola) determina le proprietà di:

• Coesione → attrazione reciproca fra le molecole.
• Adesione → attrazione delle molecole d’acqua nei confronti di una fase solida come la parete cellulare o una superficie vetrosa.

Le molecole di acqua, in un’interfaccia aria/acqua, sono attratte dalle vicine molecole d’acqua dai legami idrogeno (legami intermolecolari dovuti alla polarità della molecola) e questa interazione è molto più forte di qualsiasi interazione con la fase gassosa adiacente. Una bolla di gas sospesa in un liquido assume una forma sferica per minimizzare l’interfaccia gas/liquido. Per aumentare l’interfaccia aria/acqua, i legami idrogeno devono essere spezzati attraverso l’immissione di energia. L'energia necessaria per aumentare l’interfaccia gas-liquido è detta tensione superficiale. NB: se l’interfaccia aria acqua è curva, la tensione superficiale produce una forza netta perpendicolare all’interfaccia stessa.

Caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua

Dovute alla presenza dei legami H:

• Elevato calore latente di evaporazione;
• Mantenimento dello stato liquido in un range di temperature;
• Elevato calore di fusione;
• Elevato calore specifico; Permettono alle foglie di mantenere la T° al di sotto di quella dell’aria.
• Elevata conducibilità termica; quindi l’adattamento ad ambienti esposti al sole.

Le forze di coesione, adesione e tensione superficiale generano il movimento dell’acqua per un fenomeno conosciuto come capillarità. I legami idrogeno conferiscono all’acqua una elevata forza di tensione, ovvero la forza massima per unità di superficie che una colonna continua d’acqua può sopportare prima di rompersi (risalita di una colonna d’acqua nel tubo capillare).

Movimento dell’acqua

Il movimento dell’acqua viene considerato a livello cellulare, con particolare attenzione alle forze fisiche che ne determinano il movimento e a livello dell’intera pianta. Secondo le leggi della termodinamica, l’acqua si sposta seguendo un gradiente di potenziale chimico (μ), ovvero l’energia libera per mole di una determinata specie chimica. Essendo però un parametro difficile da misurare per stimare il movimento, si è formulato il concetto di potenziale idrico, ovvero il potenziale chimico dell’acqua rapportato al suo volume molare e indicato con Ψ.

Quando l'acqua si sposta dal terreno all'atmosfera all’interno della pianta, viaggia attraverso strutture molto diverse e anche il meccanismo di trasporto varia a seconda del tipo di struttura (parete cellulare, citoplasma, doppio strato lipidico, spazi aeriferi). I processi fondamentali (forze motrici) che regolano il movimento dell’acqua sono:

• Diffusione;
• Flusso di massa;
• Osmosi.

Diffusione

L’acqua e le sostanze in essa disciolte si muovono per diffusione, cioè per effetto delle attività cinetiche o moti termici casuali delle molecole e degli ioni. Le molecole di H₂O e i soluti tendono a muoversi dalla zona a maggior concentrazione a quella a minor concentrazione fino al raggiungimento di un equilibrio. La diffusione rappresenta la naturale tendenza dei sistemi a spostarsi verso lo stato di energia più basso possibile (aumento di entropia = diminuzione di energia libera). Per tutti i processi spontanei la variazione di energia libera ΔG è negativa.

La velocità di diffusione (V) varia in funzione dell’area attraverso la quale si muovono le molecole (A) e della differenza di concentrazione (Δc) ed è definita dalla Legge di Fick: V: velocità di diffusione (mole s^-1): numero di molecole di soluto o di acqua che si muovono nell’unità di tempo; Il segno negativo è dovuto al fatto che il flusso si realizza da zone a Δc.