REGIMUL DE APĂ AL PLANTELOR

2.1. APA DIN PLANTE sI DIN SOL

Cantitatea de apa din corpul plantelor reprezinta în general 70-80% din greutatea lor. Ea difera în functie de specie, pu 333p1517d tând ajunge la multe alge pâna la 96-98%, în functie de diferite organe, fiind mai mare în frunze si radacini decât în tulpini, iar în acestea mai mare decât în semintele coapte. Cantitatea de apa depinde de vârsta lor si este influentata de conditiile lor de viata.

Experienta nr. 24

Determinarea cantitatii de apa si de substanta uscata din plante

În mod obisnuit, rezultatele analizelor efectuate cu materialele vegetale se exprima în procente fata de greutatea substantei uscate, fapt ce impune determinarea umiditatii materialelor cu care se lucreaza.

Pentru determinare se pun aproximativ 5 g de nisip de cuart curat într-o fiola de cântarit. Se pune apoi fiola deschisa (cu capacul asezat în pozitie înclinata pe gâtul ei) într-o etuva la temperatura de 100-105^oC. Dupa un interval de timp de 1-2 ore se scoate fiola din etuva si se introduce pentru racire într-un exicator în care se gaseste clorura de calciu, care are însusirea de a absorbi vaporii de apa din aer si deci micsoreaza absorbtia apei de catre continutul fiolei. Dupa racire (20-30 minute) se scoate fiola din exicator, se închide cu capacul si se cântareste cu o precizie de 0,0001 - 0,0002 g la o balanta analitica. Dupa cântarire se deschide fiola si se introduce din nou în etuva pentru o ora, iar dupa aceea se raceste în exicator si se cântareste. Daca greutatea fiolei a ramas aceeasi, se trece la determinarea umiditatii materialului vegetal, iar, în caz contrar, se repeta operatiile descrise pâna când fiola ajunge la greutate constanta.

Dupa ce s-a adus fiola la greutate constanta, se ia din proba de analizat, în prealabil bine maruntita pe o placa de sticla sau portelan, o cantitate de 6-7 g, care se pune în fiola. Se acopera apoi fiola si se cântareste cu precizie la balanta analitica. Se deschide apoi fiola (asezând capacul oblic în gâtul ei) si se introduce pentru 30 minute în etuva la temperatura de 110^oC pentru a inactiva enzimele din materialul analizat, iar dupa aceea se trece într-o etuva cu ventilatie la temperatura de 50-60^oC pentru uscarea prealabila a materialului. În acest timp, materialul se amesteca din când în când cu ajutorul unei baghete de sticla cu nisipul din fiola, pentru a deveni mai afânat, ca sa se usuce mai bine. Daca nu se face aceasta operatie, la suprafata materialului se formeaza o pojghita tare, fapt ce împiedica uscarea substantei din interior. Uscarea se face pâna când prin apasarea usoara a materialului din fiola cu ajutorul baghetei se va constata ca acesta a devenit casant. Se trece apoi fiola într-o etuva la temperatura de 100-105^oC pentru un interval de timp de 3-4 ore, iar dupa aceea se raceste în exicator si se cântareste. Dupa cântarire se pune fiola din nou la temperatura de 100-105^oC pentru 2 ore si apoi se cântareste dupa o racire prealabila în exicator. Daca diferenta dintre cele doua cântariri nu depaseste 0,0003 g se considera ca materialul a ajuns la greutate constanta, iar în caz contrar se repeta operatia descrisa pâna când continutul fiolei va fi adus la greutate constanta.

În timpul cât fiola sta în etuva, temperatura nu trebuie sa depaseasca valoarea de 105^oC, deoarece materialul de analizat se poate carboniza si, în acest caz, se produce o pierdere din greutatea lui; tot în acest caz poate sa se produca o crestere în greutatea sa datorita formarii unor compusi noi cu oxigenul din aer, ceea ce duce la erori în determinare.

Calcularea umiditatii (%) se face dupa formula: , în care a reprezinta greutatea materialului proaspat luat la analiza, care se obtine scazând tara (masa fiolei de cântarire) din greutatea fiolei cu material proaspat. iar b este greutatea substantei uscate si se obtine scazând tara din greutatea fiolei cu material vegetal uscat adus la greutate constanta.

Cantitatea de substanta uscata din materialul analizat se obtine cu ajutorul formulei .

În cazul când se determina umiditatea unui material uscat în aer (care nu mai contine decât umiditate higroscopica), proba luata pentru analiza se introduce direct în termostat la temperatura de 100-105^oC, fara sa se mai faca o uscare prealabila.

WPS 30 S (termobalanta), alaturi de WPS 110 S si WPS 210 S, sunt aparate de precizie folosite în laborator pentru determinarea continutului de apa din diferite materiale.

Termobalanta este alcatuita dintr-o balanta de precizie ce este conectata la o camera pentru uscat, care asigura mentinerea aceleiasi temperaturi în timpul masurarii. Modul în care a fost realizat acest instrument face posibila alegerea modului de lucru adecvat metodei de uscare. Programul aparatului permite 7 moduri de lucru:

A. Uscare pâna la masa constanta a probei:

determinarea umiditatii proportional cu masa initiala a probei;

determinarea masei uscate a probei, în procente;

determinarea umiditatii proportional cu masa uscata a probei;

B. Uscare pâna la o masa stabilita a probei sau pâna la scurgerea timpului programat:

determinarea umiditatii proportional cu masa initiala a probei;

determinarea masei uscate a probei, în procente;

determinarea umiditatii proportional cu masa uscata a probei;

C. Uscare pâna la scurgerea timpului programat:

determinarea umiditatii în raport cu masa initiala a probei.

Termobalanta poate fi folosita si ca o balanta electronica de gradul II. Pentru obtinerea unei acurateti ridicate de cântarire este nevoie de calibrare (sa se introduca corectarile necesare datorita factorilor externi (temperatura, nivel). Calibrarea trebuie realizata o data pe zi sau chiar de mai multe ori si dupa fiecare schimbare. Calibrarea nu este necesara daca vrem sa o folosim doar drept balanta pentru umiditate.

Experienta nr. 25

Determinarea formelor de apa

Apa totala poate fi folosita ca un indice de aprovizionare de catre sol în conditii de umiditate si temperatura date, iar pe de alta parte, comparativ cu soiurile luate în studiu arata si deosebirea dintre ele, cu privire la natura si cantitatea substantei acumulate raportate la unitatea de greutate.

Apa libera este cantitatea de apa care serveste imediat pentru toate procesele de hidroliza si translocare a substantelor acumulate în frunze, spre fructe, ramuri, muguri, radacini. Deci, joaca rolul de solvent si vehiculant.

Apa legata în momentul vegetativ considerat este un indice asupra intensitatii procesului de crestere si diferentiere si de acumulare a unor substante care au rol de coloizi vitali.

Masurarea apei legate, în conditii diferite de temperatura si umiditate relativa a aerului precum si de continutul solului în apa, ajuta la caracterizarea capacitatii de rezistenta la ger si la seceta a organului cercetat.

Se tareaza fiolele de aluminiu sau sticla.

Se recolteaza frunzele, se închid repede în fiole de aluminiu. În laborator se cântaresc fiolele, rezultând greutatea frunzei + tara fiolei. Se desface capacul fiolei si eventual se poate taia frunza pentru usurarea procesului de evaporare a apei libere. Fiolele deschise se pun pe o tava, care se acopera cu o hârtie pentru a împiedica patrunderea prafului.

Se repeta cântarirea din 5 în 5 zile, pâna ce se ajunge la o valoare ce prezinta variatiuni de cel mult + sau - 1 mg. Se înregistreaza atunci greutatea, iar fiolele se introduc în etuva 4-6 ore la 105^oC. se scot si se pun în exicator cu CaCl₂. Dupa racire se cântaresc.

Diferenta 1-2= apa libera

2-3= apa legata

Suma apa libera + apa legata = apa totala

Diferenta 1-3 = apa totala.

Rezultatele se exprima în procente, aplicând formula:

grame mat. proaspat .....a cantitate apa

100 g mat. .........y

Experienta nr. 26

Determinarea umiditatii solului

Determinarea umiditatii sau a substantei uscate a solului prezinta o importanta deosebita, deoarece substanta uscata reprezinta un etalon la care se raporteaza rezultatele celorlalte analize de laborator.

Pentru determinarea umiditatii solului, prin care se întelege cantitatea de apa pe care o contine solul în momentul în care se face analiza, se folosesc fiole mai mari de cântarit, cu capac slefuit. Determinarea se face în felul urmator: se afla greutatea fiolei goale (tara = cântarirea 1), dupa care se introduce în ea o cantitate de 20-30 g de pamânt si se recântareste (cântarirea 2). Se introduce apoi fiola descoperita într-o etuva la temperatura de 100-105^oC pentru un interval de 4 ore. Dupa aceasta se scoate fiola din etuva si se introduce într-un exicator în care se gaseste o substanta avida de apa (clorura de calciu sau acid sulfuric concentrat), unde se lasa pâna la racire (15-30 minute). Se recântareste apoi fiola cu sol, dupa ce în prealabil I se ridica pentru câteva clipe capacul pentru a permite intrarea aerului în interiorul ei (cântarirea 3). Dupa cântarire se introduce din nou fiola în etuva, unde se lasa timp de 4 ore tot la temperatura de 100-105^oC, si apoi se cântareste pentru a doua oara, respectând regulile mentionate anterior. Daca greutatea fiolei cu sol nu difera de cea determinata la cântarirea precedenta sau diferenta dintre cele doua cântariri nu este mai mare de 5 mg, solul poate fi considerat uscat (ajuns la greutate constanta). În cazul în care diferenta dintre cele doua cântariri depaseste 5 mg, se repeta uscarea în etuva si cântarirea, pâna se ajunge la greutate constanta.

Calcularea umiditatii solului se face dupa formula: , în care:

Gi - greutatea initiala a solului, care se obtine scazând tara din greutatea fiolei cu sol înainte de introducerea ei în etuva (Cântarirea 2 - cântarirea 1);

Gf - greutatea finala a solului (absolut uscat); aceasta se obtine scazând tara din greutatea fiolei cu sol uscat (cântarirea 3 - cântarirea 1).

Experienta nr. 27

Determinarea capacitatii minime pentru apa a solului

Prin capacitatea minima pentru apa se întelege cantitatea de apa pe care o poate absorbi si retine solul în spatiile sale capilare. Aceasta cantitate de apa se raporteaza la sol absolut uscat si mai poarta denumirea de capacitate normala, relativa, absoluta sau capacitate pentru apa.

Pentru determinarea capacitatii minime se foloseste tubul Wolff - Wahnschaffe (fig. 15). Acesta are o înaltime de 16 cm, diametrul de 4 cm si este confectionat din aluminiu, alama sau zinc. Partea de jos a tubului este acoperita cu o plasa de sârma rigida si este prevazut cu un manson de metal, care prezinta o serie de orificii laterale.

Înainte de a umple tubul cu solul a carui capacitate minima pentru apa urmeaza sa fie determinata, se pune în interiorul lui, pe plasa de sârma, o hârtie de filtru de dimensiunile fundului tubului. Se umecteaza apoi hârtia de filtru si peretii interiori ai tubului, se scurge surplusul de apa si se cântareste tubul dupa ce în prealabil a fost asezat într-un cristalizor (tara = cântarirea 1). Dupa cântarire se umple tubul cu solul de cercetat. Umplerea se face în trei reprize, luând de fiecare data portiuni de sol pe cât posibil egale si dupa luarea fiecarei portiuni se bate tubul cu baza de 100 de ori pe o bucata de pâsla sau de cauciuc. Daca tubul s-a umplut cu pamânt pâna la semnul circular aflat pe partea interioara la distanta de 1 cm de la gura lui. Se cântareste împreuna cu cristalizorul folosit la stabilirea tarei, iar în caz contrar, înainte de cântarire se va adauga pamânt pâna la semn. În cazul în care se lucreaza cu soluri bogate în humus, umplerea se face pâna la o distanta de 2 cm de la gura tubului, ca sa ramâna un spatiu suficient pentru eventuala marire de volum a solului. Se noteaza greutatea obtinuta la cântarire (tara + pamânt = cântarirea 2) si se scufunda apoi tubul într-un vas cu apa, în asa fel ca nivelul acesteia sa se ridice peste plasa de sârma a tunului cu 0,5-1 cm. Pentru a împiedica în acest timp evaporarea apei din sol se acopera tubul cu cristalizorul. Se lasa tubul în apa pâna când acesta s-a urcat pâna la suprafata solului, fapt ce se recunoaste dupa închiderea la culoare a acestuia. Apa se ridica pâna la suprafata solului în decurs de 24-48 ore si în acest interval de timp nivelul ei din vasul în care se gaseste tubul trebuie mentinut cât mai constant posibil. Dupa ce spatiile din sol s-u umplut cu apa, se scoate tubul din vas si se lasa timp de 2 ore pentru ca sa se scurga apa care a intrat în spatiile necapilare ale solului aflat în portiunea inferioara a tubului. În acest timp tubul va fi tinut în continuare acoperit cu cristalizorul (pentru a se împiedica evaporarea apei de la suprafata solului). Se sterge apoi mansonul de metal de picaturile de apa care pot ramâne pe el, se aseaza tubul în cristalizorul cu care a fost acoperit si se cântareste, pentru a afla greutatea tubului cu pamânt si apa absorbita (tara + pamânt + apa = cântarirea 3). Pentru a verifica daca s-a scurs toata apa din spatiile necapilare ale solului se acopera din nou tubul cu cristalizorul si se lasa înca 30 minute în repaus, iar dupa aceea se face o noua cântarire. Daca greutatea tubului a ramas neschimbata, se trece la calcularea capacitatii minime pentru apa, iar în caz contrar, se repeta operatia amintita pâna se ajunge la greutatea constanta.

Întrucât capacitatea minima se raporteaza la solul absolut uscat, se determina în paralel si umiditatea solului respectiv.

Calcularea rezultatului se face în felul urmator: sa presupunem ca în cadrul unei determinari greutatea tubului gol a fost de 132,41 g (cântarirea 1), greutatea tubului cu sol - de 369,61 g (cântarirea 2), greutatea tubului cu sol saturat cu apa a fost de 428,25 g (cântarirea 3), iar umiditatea solului - de 15 %.

În primul rând trebuie sa se calculeze cantitatea de sol absolut uscat care se gaseste în tub. Pentru aceasta se face întâi diferenta dintre cântarirea 2 si cântarirea 2 (369,61 - 132,41 = 237,20), ca sa se afle greutatea initiala a solului din tub, iar dupa aceea se recurge la rationamentul urmator:

Daca în 100 g sol exista ..............15 g apa

atunci în 237,29 g sol se vor gasi..........x g apa

de unde x = = 35,58 g apa.

De aici rezulta ca greutatea solului absolut uscat din tub va fi egala cu: 237,20 g - 35,58 g = 201,62 g.

Se afla apoi cantitatea solului absolut saturat cu apa, facând diferenta dintre cântarirea 3 si cântarirea 1 (428,25 - 132,41 = 295,84 g). Cunoscând greutatea solului absolut uscat si greutatea lui când este saturat cu apa (295,84 g), se calculeaza capacitatea minima (în %) dupa formula:, în care:

A reprezinta greutatea solului saturat cu apa;

B - greutatea solului absolut uscat.

În cazul exemplificat: %

Experienta nr. 28

Determinarea capacitatii totale pentru apa a solului

Capacitatea totala pentru apa, denumita si capacitate maxima, capacitate posibila sau capacitate completa, reprezinta cantitatea de apa din sol în situatia când toate spatiile din interiorul lui sunt umplute cu apa. Aceasta situatie se poate întâlni în sol numai dupa ploile mari sau dupa inundatii si este o stare instabila, deoarece apa din spatiile mai mari, necapilare (apa gravitationala), se infiltreaza.

Determinarea capacitatii totale pentru apa se face tot cu ajutorul tubului Wolf - Wahnschaffe. Dupa ce s-a cântarit tubul gol (tara = cântarirea 1) si s-a umplut tubul cu pamânt (cântarirea 2), acesta se introduce într-un vas cu apa, în asa fel ca apa sa ajunga pâna la nivelul pamântului din interiorul sau. Se lasa tubul în apa pâna în momentul când aceasta a ajuns la partea superioara a pamântului, apoi se scoate tubul din apa. Se lasa sa se scurga apa de la suprafata pamântului, se sterge apa ramasa pe peretele tubului si se cântareste tubul cu solul îmbibat cu apa (cântarirea 3).

Întrucât capacitatea totala pentru apa se raporteaza la solul absolut uscat, este necesar sa se determine în paralel si umiditatea solului de cercetat. Cunoscând umiditatea solului de experienta si cantitatea de sol din tub (care se afla facând diferenta dintre cântarirea 2 si cântarirea 1), se calculeaza cantitatea de sol absolut uscat din tub (vezi experienta anterioara). Dupa aceea se trece la calcularea capacitatii totale pentru apa (%), care se obtine dupa formula:, în care:

A - greutatea solului complet îmbibat cu apa (se calculeaza diferenta dintre cântarirea 3 si cântarirea 1);

B - greutatea solului absolut uscat.

2.2. Absorbtia apei de catre plante

Starea de saturare cu apa, aparent stationara, se mentine în plante prin intermediul a doua procese conditionate reciproc si anume: procesul de absorbtie si procesul de eliminare a apei (transpiratia). Aceste doua procese constituie regimul de apa al plantei. Existenta curentului continuu de apa între sistemul radicular si organele supraterane reprezinta o conditie esentiala a activitatii metabolice si deci a supravietuirii plantelor.

Patrunderea apei si a substantelor dizolvate din solutia solului în celulele radacinii se realizeaza în mod diferit în functie de specie.

În cazul plantelor cu radacina fara exoderma (Vicia si Pisum), solutia solului patrunde în capilarele peretilor rizodermei si apoi în cele corticale (apoplast). Transportul ionilor în apoplast are la baza procesul de difuziune. Transportul apei se datoreaza diferentei de presiune hidrostatica dintre solutia solului si apoplast, de unde apa a patruns în celule prin osmoza.

Transportul pe cale apoplasmica este blocat la nivelul endodermei, datorita prezentei în peretii celulari a benzilor lui Caspary, alcatuite din suber. Apa si ionii din apoplast sunt transportati prin plasmalema, simultan, în toate celulele corticale.

Formarea la unele specii a exodermei modifica procesul de absorbtie în radacina a apei si a substantelor dizolvate. Astfel, la Helianthus si la Zea mays, specii la care radacina formeaza la suprafata o exoderma, patrunderea solutiei solului în apoplast este împiedicata de prezenta suberificarilor din peretii celulari. Ca urmare, absorbtia substantelor are loc numai prin perii absorbanti care au peretii celulari alcatuiti din caloza, substanta ce se caracterizeaza printr-o mare permeabilitate.

Transportul ionilor prin plasmalema se face prin transport activ, fapt dovedit de concentratia mai mare a acestora în celulele radacinii. Pompele de ioni din plasmalema perilor absorbanti si a celulelor corticale functioneaza în acelasi sens, transportând ionii din apoplast în simplast. Acumularea ionilor în simplast si în vacuola genereaza potentialul osmotic care determina transportul apei prin plasmalema si, respectiv, prin tonoplast, printr-un proces de osmoza. Apa si substantele minerale acumulate în citoplasma perilor absorbanti si ai celulelor corticale sunt transportate pe cale simplasmica spre vasele lemnoase. Calea simplasmica reprezinta un sistem de transport continuu, care se realizeaza de la celula la celula, prin plasmodesme. La nivelul endodermei transportul pe cale simplasmica este unicul sistem de transport, deoarece formarea benzilor lui Caspary blocheaza transportul apoplasmic. În cazul plantelor monocotiledonate, procesul de suberificare afecteaza toti peretii celulari ai endodermei, dar prezenta unui numar mare de plasmodesme faciliteaza transportul substantelor pe cale simplasmica. În cazul plantelor Iridaceae, peretii celulelor endodermei sunt suberificati în forma literei U si sunt lipsiti de plasmodesme. Transportul substantelor se realizeaza în acest caz prin celulele de pasaj.

Absorbtia apei prin radacini

Experinta nr. 29

Stabilirea zonei de absorbtie a apei la radacini

La plantele vasculare terestre, ale caror radacini poseda peri absorbanti, absorbtia apei are loc mai ales pe la nivelul acestora. Aceasta particularitate este dovedita de experimentul lui Coupin. Pentru diferentierea rolului diferitelor zone ale radacinii în absorbtia apei se aseaza plantule ce prezinta o radacina seminala lunga, în câte o eprubeta în urmatoarele pozitii (fig.16):

plantula se fixeaza cu toata radacina în apa;

alta plantula se plaseaza cu vârful radacinii si cu zona perilor absorbanti în apa, iar celelalte zone în ulei;

A treia se aseaza cu vârful radacinii în apa si cu zona perilor si cea situata deasupra ei în ulei;

plantula se aseaza cu radacina curbata astfel ca vârful si partea ei superioara sa stea în ulei, iar zona perilor absorbanti în apa;

A cincea plantula se aseaza cu vârful radacinii si cu zona perilor absorbanti în ulei, iar restul radacinii în apa.

Fig. 16. Stabilirea zonei de absorbtie a apei la radacini: 1- apa; 2- ulei.

Dupa un interval de timp se va constata ca plantula martor si cele la care zona perilor absorbanti s-a aflat în apa traiesc, iar celelalte, care au avut zona pilifera în ulei, se ofilesc si pier.

Acest experiment nu trebuie sa duca la concluzia ca absorbtia apei este nula în afara zonei pilifere, ci doar ca este insuficienta pentru a asigura supravietuirea plantelor. În vârful radacinii (la nivelul zonei meristematice si zonei netede) absorbtia apei este slaba deoarece la acest nivel nu exista tesuturi conducatoare capabile sa vehiculeze apa. La acest nivel este absorbita doar apa necesara local, care serveste la hidratarea coloizilor neoformati si la sporirea volumului vacuolar în timpul când are loc alungirea celulelor. În zona aspra patrunderea apei este foarte slaba, deoarece suberul izoleaza tesuturile periferice vii de apa din sol. Suberul prezinta însa crapaturi ce pot juca rolul unor veritabile lenticele, permeabile pentru apa si gaze.

Experienta nr. 30

Determinarea cantitatii de apa absorbita prin radacini

Ca dispozitive de masurare a absorbtiei apei se folosesc potometrele (fig. 17) (denumirea vine din limba greaca de la cuvântul potos care înseamna a bea) de diferite tipuri, în care se introduce sistemul radicular al plantei într-o solutie nutritiva si se urmareste deplasarea meniscului solutiei în tubul gradat al recipientului.

Pentru determinare se umple pâna la refuz un potometru cu o solutie nutritiva Knop, se alege o planta viguroasa si cu radacinile intacte, care se introduc în potometru (1) prin intermediul unui dop (2) cu orificiu corespunzator si cu taietura laterala, astfel ca sa nu ramâna nici o bula de aer; se fixeaza potometrul la un stativ (3), se parafineaza dopul si se introduce o picatura de ulei în tubul gradat al potometrului pentru a împiedica evaporarea solutiei nutritive. Dupa o ora se citeste pe tubul gradat cantitatea de apa absorbita de planta, exprimata în ml (n).

Experienta nr. 31

Absorbtia apei prin frunze

Frunzele sunt capabile sa absoarba o parte din apa cazuta pe ele în timpul ploilor, apa de condensare (din roua, apa din ceata, ba chiar si vaporii de apa din aer. Absorbtia are loc mai ales la nivelul cuticulei (deci mai intens decât prin stomate), datorita fortei de suctiune a celulelor epidermice. Aceasta absorbtie este rapida când cuticula este subtire si discontinua si lenta când cuticula este groasa.

Pentru evidentierea absorbtiei foliare se efectueaza urmatoarele experimente:

a) Se detaseaza de planta o frunza cu cuticula subtire care se lasa câteva ore sa se ofileasca putin, pentru a crea un deficit de apa în ea si a favoriza absorbtia. Se parafineaza apoi baza petiolului, scufundându-l în parafina topita si apoi se cântareste frunza la o balanta analitica sau de torsiune. Dupa cântarire se scufunda frunza într-un cristalizor cu apa si dupa o ora se cântareste din nou, dupa ce apa de pe limb a fost îndepartata printr-o tamponare usoara cu hârtie sugativa. Prin diferenta se afla cantitatea de apa absorbita, care se raporteaza fie la 100 grame de substanta proaspata, fie la unitatea de suprafata (1 dm²).

Pentru raportarea apei absorbite la 100 g substanta proaspata se utilizeaza relatia: în care:

a = cantitatea de apa absorbita (în grame);

m = masa initiala a frunzei (în grame);

100 = coeficient de exprimare a rezultatului în procente.

În cazul în care raportarea cantitatii de apa absorbita se face la unitatea de suprafata a frunzei, se utilizeaza relatia: în care:

a= cantitatea de apa absorbita (în grame);

S= suprafata frunzei (în dm²);

1= unitatea de suprafata la care se face raportarea (1 dm²).

Pentru comparatie se procedeaza în acelasi mod la determinarea cantitatii de apa absorbita de o frunza cu cuticula groasa.

b) Se detaseaza o ramura bifurcata, cu frunze tinere care au cuticula subtire, se parafineaza taietura si se scufunda una din ramificatiile ei într-un vas cu apa se va constata ca frunzele ramase pe ramificatia din aer îsi mentin turgescenta timp de câteva zile, pe baza apei absorbite de catre frunzele submerse, care este condusa pâna la nivelul celor aflate în aer (fig. 18).

2.3. Conducerea apei în corpul plantelor

Transportul sevei brute de la radacina spre frunze se realizeaza pe cale apoplasmica, prin xilem. Acesta este alcatuit din traheide, în cazul criptogamelor vasculare si a gimnospermelor, celule moarte, fusiforme, cu peretii despartitori perforati. Plantele angiosperme au xilemul alcatuit din trahei, parenchim lemnos si fibre lemnoase.

Xilemul rezulta în urma diviziunii cambiului si pe parcursul procesului de diferentiere are loc autoliza continutului si a peretilor transversali ai celulelor care vor forma vasele lemnoase. Ulterior se formeaza îngrosari inelate, spiralate, punctate sau reticulate ale peretilor laterali, care mentin deschise vasele lemnoase, sustinând presiunea laterala a celulelor vii si presiunea negativa din interior.

Diametrul vaselor lemnoase variaza între 0,04 si 0,08 mm, iar lungimea este cuprinsa între câtiva centimetrii pâna la aproximativ 1,2 m la Betula lutea si 5,0 m la Fagus grandifolia.

Xilemul din plantele lemnoase formeaza doua zone distincte. Alburnul, de culoare mai deschisa, situat la exterior, este alcatuit din vase lemnoase functionale. Spre interior se gaseste duramenul, care este alcatuit din vase lemnoase nefunctionale, obturate de tile si contin depozitate substante tanoide prin oxidarea carora se obtine culoarea bruna caracteristica. Tilele rezulta din evaginarea plasmalemei din celulele învecinate vii în vasele lemnoase. Trecerea unei parti din citoplasma în aceasta evaginare conduce la formarea unei vezicule ce obtureaza vasul. Aceasta constituie una din cauzele pentru care transportul sevei brute are loc prin vasele lemnoase ale alburnului.

Experienta nr. 32

Conducerea apei prin vasele de lemn

a) Se sectioneaza sub o solutie colorata (eozina 0,1% sau fuxina 0,1%) pedunculul unei flori albe si, lasându-l cu baza în colorant, se constata, dupa un timp, ca nervurile petalelor se coloreaza în rosu, ceea ce demonstreaza ca apa colorata circula prin xilem. Se poate folosi si un fragment de tulpina tânara etiolata (de fasole, crescute la întuneric) care se introduce cu un capat în solutia diluata a unui colorant si se suge solutia prin celalalt capat al fragmentului. în sectiune transversala prin acest fragment se vor putea observa, cu ochiul liber, o multime de punctisoare colorate, care corespund fasciculelor conducatoare lemnoase.

b) Se taie cinci segmente dintr-o ramura de soc sau liliac, astfel ca sa prezinte la nodul superior muguri intacti (a), dupa care se procedeaza astfel (fig. 19):

Fig. 19. Conducerea apei prin vasele de lemn.

la unul se îndeparteaza, pe o distanta de 2 cm de la baza, scoarta si liberul, ca sa ramâna dezvelit lemnul (b);

la urmatorul se distruge doar maduva, prin presarea ei cu o bagheta, pa distanta de 2 cm de la baza fragmentului (c);

la al treilea se îndeparteaza scoarta, liberul si maduva, ramânând numai lemnul ca un cilindru (d);

la al patrulea se fac de-a lungul unei linii în spirala, de jur împrejur, sectiuni care sa afecteze si lemnul si care sa se depaseasca cu marginile una pe alta, astfel ca sa nu ramâna nesectionat nici un vas de lemn (e);

al cincilea segment se lasa intact si reprezinta martorul experimentului (f).

Se introduce fiecare segment cu baza în câte un vas cu apa, astfel ca aceasta sa nu ajunga în portiunea lor neoperata si se lasa în repaus, schimbându-le zilnic apa. Dupa 3-4 saptamâni se va constata ca mugurii s-au desfacut la toate segmentele, în afara de cel la care a fost sectionat lemnul.

c) Se taie dintr-o frunza de Aspidistra sau de porumb doua segmente dreptunghiulare, cu laturile de 6/4 cm, astfel ca la unul nervurile sa fie paralele cu latura mare, iar la celalalt cu latura mica. Se introduc cu una din laturile mici într-un vas care contine un strat subtire de apa si se lasa în repaus. Dupa un timp se va constata ca segmentul care nu are nervurile împlântate cu un capat în apa se ofileste la extremitatea situata în aer (b), în timp ce celalalt ramâne turgescent (a), fapt ce demonstreaza ca apa poate fi condusa la distante mari prin vasele de lemn, în timp ce conducerea ei de la celula la celula se face anevoios (fig. 20).

d) Se introduce baza unei ramuri tinere într-un vas cu gelatina topita, unde se lasa un timp pentru ca gelul sa patrunda, prin capilaritate, în vasele de lemn. Se taie apoi câtiva mm din portiunea bazala a ramurii, pentru a îndeparta stratul de gelatina care acopera suprafata de sectiune, dupa care se introduce ramura într-un vas cu apa (1). Dupa câtva timp se va constata ca ramura se ofileste, spre deosebire de o alta ramura martor (care a fost introdusa imediat dupa sectionare într-un vas cu apa), fapt ce demonstreaza ca numai apa condusa prin lumenul vaselor de lemn circula în cantitatea si cu viteza necesara pentru a asigura turgescenta celulelor situate la distante mari (fig. 21).

2.3.1. Mecanismele care contribuie la

ascensiunea sevei brute

Fortele care contribuie la circulatia sevei brute prin vasele lemnoase trebuie sa fie suficient de mari, pentru a asigura ascensiunea acesteia la zeci de metri pâna la apexul celor mai înalte plante. Gradientul necesar pentru acest proces este de 2 bari/m.

Exista o legatura strânsa între intensitatea transpiratiei si presiunea sevei brute din vasele de lemn. Aceasta legatura rezulta din faptul ca în cazul când intensitatea transpiratiei este mare, miscarea sevei se datoreaza aspiratiei frunzelor (apelului foliar), care determina crearea unui deficit de presiune în vasele de lemn, care se situeaza la o valoare inferioara presiunii atmosferice. În cazul când transpiratia este slaba sau nula, conducerea sevei are drept cauza presiunea radiculara (forta de împingere a sevei de catre celulele radacinii, care determina în vasele de lemn o presiune superioara presiunii atmosferice.

Fortele care determina ascensiunea sevei brute sunt: presiunea radiculara si forta de aspiratie a frunzelor, alaturi de care participa si forta de capilaritate, de coeziune si adeziune.

Experienta nr. 33

Forta de suctiune a frunzelor

La un tub asemanator cu cel utilizat la confectionarea "osmometrului" de tip Dutrochet se ataseaza etans, cu ajutorul unui dop de cauciuc cu orificiu corespunzator si cu taietura laterala, o ramura de Thuja, dupa care se introduce în tub prin capatul celalalt apa fiarta si racita (pentru eliminarea gazelor dizolvate în ea). Dupa umplerea tubului pâna la refuz, se astupa capatul îngust al acestuia cu un deget si se introduce într-o cuva cu mercur, dupa care se fixeaza tubul la un stativ. Dupa un timp se constata ca mercurul începe sa se ridice (n) în portiunea îngusta a tubului, ca urmare a faptului ca apa eliminata prin transpiratia ramurii este înlocuita cu apa din tub. În tubul îngust, omolog cu un vas de lemn, se creeaza un deficit de presiune (transmis de la nivelul frunzelor prin ramura), care, fiind mai mica decât presiunea atmosferica, determina urcarea în tub a mercurului (fig. 22).

Experienta nr. 34

Rolul fortelor de coeziune ale moleculelor de apa în transmiterea deficitului de presiune în vasele de lemn

Fortele de coeziune ale moleculelor de apa joaca un rol considerabil în ascensiunea sevei brute, în cazul existentei unui deficit de presiune în vasele de lemn. Ele pot fi puse în evidenta printr-un model fizic usor de realizat, procedând astfel: cu ajutorul unui stativ se fixeaza un tub de sticla în pozitie verticala. Cu capatul din partea de jos tubul se scufunda într-un vas cu apa, iar în partea de sus a lui se aseaza un burete. Se umple tubul de sticla cu apa pâna la refuz, astfel încât apa sa urce si în burete. Dupa un timp se va constata ca nivelul lichidului din vas scade, iar în tub se mentine o coloana continua de apa. Întrucât la suprafata buretelui apa se evapora, apa din tub va înlocui permanent apa evaporata. Coeziunea moleculelor de apa este indispensabila pentru mentinerea intacta a coloanei de apa atunci când deficitul de presiune depaseste 1 atm. si în lipsa ei coloana de apa s-ar rupe. Teoretic, atractia intermoleculara a apei suporta tractiuni de pâna la 14 000 de atmosfere, practic însa ele sunt mult mai mici.

Experienta nr. 35

Presiunea radiculara

Presiunea radiculara reprezinta un veritabil travaliu efectuat de celulele radacinii, prin care apa este împinsa activ în vasele de lemn, contra presiunii hidrostatice a coloanei de lichid, pâna la frunze. La plantele terestre cu frunze cazatoare presiunea radiculara joaca un rol important în conducerea apei în timpul primaverii, în conditii de umiditate ridicata a solului, când transpiratia este redusa la cea prin lenticele, practic neglijabila. Presiunea radiculara se pune în evidenta, mai ales primavara, în primele 3-5 saptamâni de la intrarea în vegetatie, când determina fenomenul de "lacrimare" la Vitis.

În laborator, presiunea radiculara se poate pune în evidenta astfel: se sectioneaza, la circa 3 cm de la suprafata solului, tulpina unei plante de Pelargonium, crescuta într-un vas de vegetatie. Tulpina se prelungeste, prin intermediul unui tub de cauciuc, cu un tub de sticla fixat în pozitie verticala la un stativ (fig. 23). Se umecteaza bine solul din vasul de vegetatie si se constata, în curând, urcarea sevei brute în tubul de sticla. Daca în locul tubului de sticla se ataseaza un manometru cu mercur, se poate determina valoarea presiunii radiculare. Aceasta variaza în functie de specie, de la fractiuni de atmosfera pâna la 10 atmosfere, ceea ce denota ca urcarea sevei brute în plante poate avea loc, datorita acestei presiuni, pâna la înaltimea de 100 m.

2.4. EMISIUNEA APEI DE CĂTRE PLANTE

Emisiunea apei de catre plante se realizeaza prin doua mecanisme: prin transpiratie, care reprezinta emisiunea apei sub forma de vapori si prin gutatie, adica printr-o excretie de apa lichida.

2.4.1. Transpiratia

Eliminarea apei din plante, sub forma de vapori, constituie procesul de transpiratie, care este caracteristic pentru toate plantele terestre si se realizeaza cu intensitate diferita, prin toate organele plantelor, cu exceptia radacinilor.

Cantitatea de apa eliminata de plante este imensa. Astfel, o planta de Zea mays absoarbe în timpul sezonului de vegetatie circa 250 litri de apa, din care elimina prin transpiratie circa 98%. Eliminarea apei din plante este absolut necesara, deoarece asigura: ascensiunea sevei brute prin vasele lemnoase; evitarea suprasaturarii celulelor cu apa, evitarea supraîncalzirii plantelor. Din aceste considerente transpiratia este considerata un rau necesar plantelor.

Transpiratia se realizeaza prin: stomate si lenticele, dar si prin învelisurile externe: cuticula, suber etc.

Eliminarea apei prin stomate este corelata cu ritmul de aprovizionare cu apa a acestora si cu gradul lor de deschidere.

Apa provenita din vasele lemnoase este transportata prin celulele parenchimului lacunar pe cale apoplasmica, iar procesul de vaporizare se desfasoara la nivelul camerei substomatice. Transportul apei sub forma de vapori, prin spatiile lacunare, are o pondere mai redusa. Se admite, în general, ca aerul din camera substomatica este saturat în vapori de apa, în timp ce aerul din mediul înconjurator are umiditate relativ mai redusa (40-60%). Ca urmare, vaporii de apa difuzeaza din camera substomatica în mediu.

Transpiratia cuticulara are o pondere redusa din cauza permeabilitatii scazute a componentelor de natura lipidica a cuticulei. Apa eliminata prin transpiratie cuticulara provine din apoplast sau din simplast, în ultimul caz fiind transportata prin ectodesme. Transportul vaporilor de apa prin cuticula se face prin pori. În cazul în care porii cuticulari corespund cu ectodesmele, se realizeaza adevarate canale, prin care se desfasoara transpiratia cuticulara.

Transpiratia lenticelara se evidentiaza la tulpini, fructe si la frunzele de conifere, care prezinta din loc în loc lenticele, ce constituie rupturi ale epidermei sau ale peridermei ori stomate modificate. Prin intermediul lenticelelor, celulele corticale vii sunt în legatura cu atmosfera ambianta.

Experienta nr.36

Evidentierea transpiratiei

Transpiratia poate fi pusa în evidenta printr-o serie de procedee foarte simple, dintre care unele pot sluji si ca procedee de determinare a intensitatii absorbtiei apei, deoarece circa 99% din apa absorbita de catre plante este eliminata prin transpiratie.

a) Se introduce într-un balon Erlenmeyer o ramura cu frunze, nedetasata de planta si se astupa gura balonului cu un dop de cauciuc prevazut cu un orificiu cu taietura laterala prin care trece ramura. La nevoie se parafineaza dopul pentru a realiza o buna etansare si se aseaza apoi balonul în pozitie convenabila pe inelul unui stativ. Dupa un timp, vaporii de apa emisi în urma transpiratiei frunzelor se condenseaza pe peretii balonului (fig. 24).

Fig. 24. Evidentierea transpiratiei: 1 - picaturi de apa.

b) Se taie patrate cu latura de 1 cm dintr-o hârtie de filtru impregnata în prealabil cu o solutie de CoCl₂ 5% si uscata dupa impregnare. În stare anhidra (uscata) substanta confera hârtiei o culoare albastra. Sarurile de cobalt sunt substante simpatice, în stare anhidra au o culoare, iar în stare hidratata alta culoare.

Se fixeaza pe suprafata unei frunze o astfel de hârtie, cu ajutorul unei lamele, ale carei margini au fost unse cu vaselina, pentru a realiza o buna etansare (fig. 25).

Dupa un timp se constata ca hârtia îsi schimba treptat culoarea în roz, deoarece CoCl₂ s-a hidratat cu vaporii de apa emisi de frunza prin transpiratie. Daca se masoara cu un cronometru timpul scurs de la montarea experimentului pâna la virarea culorii în roz, se obtine o oarecare idee asupra intensitatii transpiratiei.

Experienta nr. 37

Intensitatea transpiratiei

a) Determinarea directa a vaporilor de apa eliminati prin transpiratie se poate realiza în atmosfera confinata (închisa).

Se detaseaza o frunza de Tradescantia pendula sau de la alta specie, sectionând petiolul ei de la baza, sub nivelul apei aflata într-un vas (pentru a împiedica patrunderea aerului în vasele de lemn, determinata de existenta unui deficit de presiune în ele), dupa care se introduce repede cu petiolul în apa dintr-un balon Erlenmayer mic; se pune peste apa din balon putin ulei pentru a împiedica evaporarea ei, se aseaza alaturi de balon un cristalizor cu o cantitate cunoscuta de CaCl₂ anhidra, cântarita la balanta analitica împreuna cu cristalizorul si se acopera totul cu un clopot de sticla (fig. 26). Dupa o ora se recântareste cristalizorul cu CaCl₂. Sporul lui de masa va reprezenta apa transpirata de catre frunza si absorbita de deshidratant.

Rezultatele obtinute se trec într-un tabel întocmit dupa modelul urmator:

În cazul când intensitatea transpiratiei se raporteaza la masa materialului vegetal proaspat, calculul se face cu ajutorul formulei: în care:

b= cantitatea de apa transpirata (în grame);

a= masa frunzei (în grame);

1= unitatea de masa la care se raporteaza intensitatea transpiratiei (=1 gram).

b) Pentru determinarea intensitatii transpiratiei la nivelul frunzei se procedeaza la cântarirea repetata a materialului vegetal, folosind balanta de torsiune sau balanta analitica.

Se detaseaza o frunza de muscata, se taie cu o lama petiolul pe la baza limbului, iar pe partea sectionata se aplica o picatura de ulei pentru astuparea vaselor.

Se cântareste frunza imediat si se noteaza masa initiala a frunzei (m₁). Se pune în functiune cronometrul, având în atentie faptul ca dupa 10 minute se recântareste frunza (m₂). De asemenea, se mai face o a treia cântarire, dupa alte 5 minute (m₃).

Pe baza datelor obtinute se calculeaza:

Intensitatea transpiratiei totale: m₁-m₂

Intensitatea transpiratiei cuticulare: m₂-m₃.

Intensitatea transpiratiei stomatice: intensitatea transpiratiei totale-intensitatea transpiratiei cuticulare.

Toate rezultatele se vor exprima în g apa /100 g material vegetal /h.

2.4.2. Gutatia

Prin gutatie se întelege eliminarea apei de catre plante sub forma de picaturi, într-o atmosfera încarcata cu vapori de apa. Gutatia are loc când transpiratia este redusa sau nula, în timp ce absorbtia radiculara a apei este intensa. Gutatia suplineste transpiratia, permitând urcarea sevei brute în vasele conducatoare. Eliminarea apei are loc prin hidatode (de tip închis - active, de tip deschis - pasive), în preajma carora se afla terminatiile vaselor lemnoase.

La aprovizionarea cu apa în exces, gutatia are rolul de a spori cantitatea de apa care se elimina din corpul plantelor, împiedicându-se prin aceasta suprasaturarea celulelor cu apa.

În procesul de gutatie se elimina o solutie diluata (0,1-0,9%) care contine cantitati mici de substante minerale (mai ales calciu), compusi glucidici si azotati.

Experienta nr. 38

Gutatia naturala

Este un fenomen raspândit în natura, fiind evidentiat la peste 300 de genuri de plante. În zonele cu climat ecuatorial, unde atmosfera este saturata în vapori de apa, gutatia are loc în timpul zilei, dând nastere unei ploi foarte fine. În conditiile din România, gutatia se produce când, dupa o perioada calduroasa, în care aprovizionarea cu apa s-a facut în mod normal, se produce invazia unor mase reci de aer. În aceste conditii de temperatura scazuta, umiditatea relativa a aerului creste pâna la valori apropiate de saturare (100%), ceea ce determina inhibarea procesului de transpiratie. În acelasi timp absorbtia apei din sol se desfasoara în ritm normal, iar presiunea radiculara determina ascensiunea sevei brute pâna la nivelul frunzelor, unde se elimina sub forma de picaturi.

Gutatia se evidentiaza usor, udând bine solul dintr-un ghiveci în care cresc plante tinere (de 8-10 zile) de orz, grâu sau porumb, dupa care se acopera etans ghiveciul cu un clopot, sub care se pune si un cristalizor cu apa, pentru a realiza o atmosfera interna bogata în vapori de apa. Ţinând ansamblul într-un loc întunecos si calduros, se constata, dupa câteva ore, aparitia în vârful fiecarei frunzulite a unei picaturi de apa, care, marindu-se, aluneca în lungul frunzei, în locul ei aparând alta (fig. 27).

Spre deosebire de apa de roua, apa gutata contine diferite substante dizolvate în ea, în special saruri minerale. Daca se evapora câteva picaturi de apa de gutatie, luate pe o lama de    microscopie, se obtine un reziduu albicios.

Care sunt caile de eliminare a apei din corpul plantelor?

Descrieti caile de iesire a vaporilor de apa din planta!

Calculati intensitatea transpiratiei stomatice si cuticulare la Pelargonium zonale!

În ce conditii are loc gutatia?

Care sunt formatiunile de eliminare a apei prin gutatie?

Ce compozitie are apa de gutatie?