Potenziale idrico piante

L’adesione verso superfici idrofile si può vedere immergendo un tubicino

idrofilico in acqua: si forma una concavità e si ha risalita dell’acqua (menisco

concavo). Se immergo un tubicino idrofobico, non si ha risalita dell’acqua e

si ha solo tensione superficiale, non adesione.

1.2 Come avviene il movimento d’acqua?

Il movimento d’acqua può avvenire per:

1. Diffusione: gradiente di concentrazione

2. Flusso di massa: gradiente di pressione

3. Osmosi: gradiente di potenziale idrico

1.2.1 Diffusione

Spostamento di acqua a breve distanza da regioni ad alta concentrazio-

ne a regioni a bassa concentrazione. Moto browniano indirizzato verso i

plasmodesmi.

Il movimento per diffusione è descritto dalla Legge di Fick:

JH2O = −

DH2O∆CH2O

L

(1.1)

dove J è la densità di flusso, D è il coefficiente di diffusione, ∆C è la

differenza di concentrazione ed L è la distanza. Il segno - indica che il flusso

va da una zona ad alta concentrazione ad una a più bassa concentrazione.

Da questa legge possiamo ricavare anche un’altra relazione, che determina

il tempo necessario ad una sostanza s per raggiungere un punto situato ad

una distanza d dal punto di partenza, tale che la concentrazione sia la metà

di quella iniziale:

tc=0,5 =

d

2

Ds

· K (1.2)

dove K=1.

La diffusione è un fenomeno adatto solo al trasporto a breve distanza.

1.2.2 Flusso di massa

In fisiologia vegetale interessa soprattutto il flusso di massa dell’acqua e dei

soluti in essa disciolti in condotti di piccolo diametro come i pori del suolo, i

vasi xilematici e i tubi floematici. Esso è descritto dall’equazione di Hagen-

Poiseuille:

JH2O = −

πr4

8η

·

∆ΨH2O

L

(1.3)

in cui r è il raggio del capillare e η la viscosità del liquido, mentre ∆ΨH2O

L

è il

gradiente di pressione nel capillare.

Il flusso di massa è ideale per il trasporto a lunga distanza perchè è molto

più veloce della diffusione: per il movimento dell’acqua nei vasi xilematici

e floematici, ma anche a livello del suolo e dal suolo alla pianta (all’appa-

rato radicale della pianta, per essere precisi), a livello dell’apoplasto, spazio

intercellulare costituito dalla parete cellulare di cellule adiacenti.

1.2.3 Osmosi

Movimento di acqua attraverso una membrana semipermeabile, che somma

diffusione e flusso di massa. Il movimento di acqua continua per diffusione

fino a che le concentrazioni non sono uguali.

Interviene anche un fenomeno legato alla pressione per cui il movimen-

to può essere legato alla pressione: applicando una pressione su una del-

le due metà della vasca, il movimento dell’acqua rallenta e viene impedi-

to −→gradiente di pressione. Nelle cellule vegetali il processo comporta

entrambe i tipi di movimento.

C’è anche un movimento dovuto alla forza motrice che è il gradiente di

potenziale idrico. Ci sono canali attraverso i quali l’acqua entra nella cellula

secondo il fenomeno di flusso di massa, mentre la diffusione di poche molecole

di acqua avviene nel doppio strato.

L’acqua poi entra all’interno delle cellule e si muove nel simplasto, spo-

standosi da una cellula all’altra per diffusione.

1.3 Potenziale idrico

Lo spostamento richede un imput energetico: l’acqua si sposta da un conte-

nuto energetico X ad un contenuto energetico < X. Il potenziale chimico µw

esprime l’energia libera associata ad una sostanza (nel nostro caso l’acqua).

Va ricordato che l’energia libera rappresenta il potenziale a compiere un lavo

ro. Processi come le reazioni biochimiche, l’accumulo di soluti ed il trasporto

a lunga distanza, sono resi possibili da un apporto di energia libera.

µw = RTln aw + P Vw + ghmw (1.4)

dove mw è la massa dell’acqua.

Definiamo il potenziale idrico Ψw come il lavoro necessario per spostare 1

molecola di H2O pura, da un comparto contenente H2O pura ad un comparto

contenente una soluzione diluita. Il potenziale idrico di una pianta viene

espresso come il lavoro necessario per portare l’acqua legata biologicamente

al livello di potenziale di acqua pura. È espresso in unità di pressione, anzichè

in unità di energia.

È definito come il potenziale chimico dell’acqua diviso il volume parziale

molare dell’acqua.

Dividendo l’equazione del potenziale chimico per il volume parziale molare

dell’acqua, otteniamo:

Ψw =

µw

Vw

=

RTln a

V

+

P V

V

+

mgh

V

(1.5)

dove RT ln a

V

è la componente osmotica Ψs,

P V

V

è la componente idrostatica

Ψp e

mgh

V

la componente gravitazionale Ψg.

Il termine Ψs è chiamato il potenziale di soluto3

e rappresenta l’effetto

dei soluti disciolti sul potenziale idrico. I soluti riducono l’energia libera

dell’acqua diluendola.

Il termine Ψp indica il potenziale di pressione della soluzione. Pressioni

positive incrementano il potenziale idrico, negative lo riducono.

Il termine Ψg indica il potenziale gravitazionale. Si può indicare la massa