REGIMUL HIDRIC AL PLANTELOR - Absorbtia apei de catre plante

REGIMUL HIDRIC AL PLANTELOR

Prezenta apei, intr-o cantitate suficienta, reprezinta un factor esential pentru supravietuirea, cresterea si dezvoltarea plantelor.

Regimul hidric (de apa) al plantelor reprezinta ansamblul proceselor de absorbtie a apei din mediu de catre planta, transportul ei in planta si eliminarea acesteia in mediul extern. Intre aceste procese exista o stransa legatura. In conditiile unui regim de apa normal, aceste procese sunt in echilibru, iar celulele se afla in stare de turgescenta normala.

Pentru asigurarea acestei stari plantele superioare poseda, in majoritatea lor, un sistem radicular dezvoltat, ce absoarbe cantitatea de apa necesara din sol, un sistem de vase conducatoare capabile sa transporte apa absorbita si un tesut protector adecvat, care evita eliminarea excesiva a apei din corpul acestora.

In corpul plantelor, ca de altfel, pe toata planeta noastra, cea mai mare cantitate de apa se afla in stare lichida, gasindu-se abundent in celule, in vase conducatoare si, uneori, in lacune aerifere. In aceste lacune si in meaturi se gasesc - de obicei - si vapori de apa, existenti insa, intr-o cantitate mult mai mica si, in acelasi timp, in echilibru cu apa libera din planta.

Absorbtia apei de catre plante

Procesul de absorbtoe a apei decurge in stransa dependenta de factorii de mediu si se realizeaza diferentiat, pe specii de plante.

Plantele nevasculare - criptogame unicelulare, talofite terestre, briofite, absorb apa prin intreaga suprafata a corpului.

Plantele vasculare - prezinta radacini, ca organe de fixare si de absorbtie a apei cu sarurile minerale, de la care pleaca o retea de tesuturi conducatoare.Aceste plante pot absorbi apa si prin partile nesuberificate ale organelor lor supraterane.

Plantele submerse - talofite si cormofite - absorb apa prin toata suprafata corpului. Ele sunt lipsite de cuticula si suber si prezinta frunze fin divizate sau foarte subtiri; unele specii submerse au radacini reduse si lipsite de perisori absorbanti sau sunt lipsite chiar de radacini.

La plantele de apa cu frunze natante, absorbtia se face si prin fata inferioara a frunzelor, lipsita de cuticula.

Lichenii absorb apa prin rizine iar muschii prin rizoizi.

Absorbtia apei prin radacini

Filogenetic vorbind, rolul primar al radacinii a fost acela de fixare, realizand ancorarea solida a plantei in sol. Ulterior, radacina a capatat si functia de absorbtie a apei si a substantelor minerale.

In procesul de absorbtie a apei si a substantelor minerale sunt active numai radacinile tinere. La nivelul sistemului radicular rolul diferitelor zone ale radacinii in absorbtia apei a fost stablit cu precizie cu ajutorul micropotometrelor. Conform parerii lui W. PFEFFER, din cele patru zone distincte ale radacinii, zona perisorilor absorbanti este cea mai activa in acest proces; zona neteda este putin activa, iar piloriza si zona aspra au, practic, o absorbtie nula (fig. 15). La nivelul varfului radacinii probabil ca absorbtia nu are loc, dat fiind faptul ca in aceasta zona lipsesc tesuturile conducatoare, capabile sa vehiculeze apa, iar aici exista doar o usoara deplasare a ei prin imbibitia membranelor.

In zona aspra apa poate fi absorbita de catre plantele tinere, la care celulele externe nu au inca membrana suberificata; procesul de suberificare din stadiul adult al plantei nu este totdeuna total, astfel ca raman crapaturi ce pot lua aliura unor veritabile lenticele, permeabile pentru apa si gaze. La plantele crescute in sol foarte uscat suberificarea incepe curand, pe seama zonei pilifere, care devine, astfel, foarte scurta.

Absorbtia foarte intensa a apei prin zona perisorilor absorbanti se explica prin faptul ca in aceatsa zona celulele sunt diferentiate functional, iar perisorii sunt foarte numerosi si realizeaza o suprafata de contact foarte mare cu solutia solului.

Fiecare perisor absorbant este o celula vie mult alungita, cu o vacuola mare. Peretii sai celulari sunt foarte subtiri, lipsiti de cuticula si, deci, foarte permeabil pentru apa. Ei contin in loc de celuloza, caloza si substante pectice care, prin gelificare, realizeaza un contact intim cu particulele solului, fenomen deosebit de important in absorbtia apei.

Numarul perisorilor absorbanti pe unitate de suprafata este mare (200-420/mm²), iar durata lor de viata de 7-10 zile.

In general, radacinile plantelor ierboase au mult mai multi perisori absorbanti, comparativ cu radacinile plantelor lemnoase.

La unele plante ierbacee si lemnoase, in locul perisorilor absorbanti se fixeaza pe radacini hifele unor ciuperci simbiotice, care indeplinesc functia de absorbtie a apei cu sarurile minerale. Aceste ciuperci tinere traiesc in simbioza cu radacinile plantelor-gazda dupa un tip de relatii trofice directe, bilaterale, numit micoriza, convetuire avantajoasa pentru ambii parteneri.

Absorbtia apei prin organele aeriene

Frunzele absorb intens apa datorita particularitatilor lor anatomice.

Plantele ierboase de talie mica pot valorifica pe aceasta cale o parte din apa de precipiatii si apa de condensare (roua).

Absorbtia apei la nivel foliar devine importanta abia atunci cand o parte din organul aerian este scufundat in apa. Este suficient, de exemplu, ca o singura foliola a unei frunze compuse de salcam sa fie scufundata in apa, pentru ca intreaga frunza sa-si recapete turgescenta.

Absorbtia apei se realizeaza prin cuticula celulelor epidermice, fiind mai intensa in imediata vecinatate a nervurilor si, in mod deosebit, pe fata inferioara a limbului frunzei, unde cuticula este mai subtire si mai permeabila pentru apa.

Mecanismul absorbtiei radiculare a apei

Absorbtia apei prin radacini este realizata prin doua mecanisme: pasiv si active.

Absorbtia pasiva a apei - este determinata de procesul de transpiratie, care creeaza un deficit de saturatie indeosebi la nivelul frunzelor, unde se mareste forta de suctiune. Din mezofil, forta de suctiune determina absorbtia apei din vasele de lemn ale nervurilor si, astfel, deficitul initial se transmite descendent, pana la perisorii abosrbanti.

Tocmai acest deficit al presiunii de difuziune determina absorbtia apei prin perisori si directionarea ei catre vasele de lemn, fapt ce asigura, mai departe, mentinerea tuturor celuleor in stare normala de turgescenta. In acest caz rolul predominant in absorbtia radiculara a apei revine transpiratiei, care variaza in cursul zilei functie de influenta diversilor factori externi, iar activitatea vitala a radacinii contribuie intr-o masura redusa la absorbtia apei.

Absorbtia pasiva a apei are loc in cea mai mare parte a perioadei de vegetatie, planta preluand din sol apa ce este retinuta cu forte de pana la 15 atmosfere, cu conditia ca solutia externa a solului sa fie hipotonica.

Absorbtia activa a apei nu depinde de transpiratie; radacina participa substantial in acest proces prin energia metabolica proprie. Fenomenul are loc prin mecanisme osmotice numai atunci cand solutia externa este hipotonica, comparativ cu sucul vacuolar al celulei absorbante si poate fi demonstrat prin folosirea potometrelor, la plante carora li s-au indepartat tulpina si frunzele. In asemenea conditii radacinile absorb din sol apa ce este retinuta cu forte mai mici de 2 atmosfere. Pe aceasta cale apa este absorbita pana la endoderma, pana creste valoarea fortei de suctiune si de aici este impinsa in vasele de lemn.

Absorbtia activa are rol important primavara devreme, timp de cateva saptamani, pana la formarea noilor frunze. Ea este demonstrata de lacrimarea plantelor in caz de taieri de intretinere (vita-de-vie) si de gutatie si este specifica plantelor din regiuni umede.

Emisia apei de catre planta

Concomitent cu absorbtia si circulatia apei are loc si eliminarea ei in atmosfera inconjuratoare. Procesul este realizat la nivelul tuturor organelor aeriene, dar mai ales la nivelul frunzelor.

In mod curent plantele emit apa sub forma de vapori, prin transpiratie si, uneori, sub forma lichida, prin gutatie.

1. TRANSPIRATIA

Este procesul fiziologic de eliminare a apei in stare gazoasa (vapori), propriu numai plantelor terestre, la care pierderea apei are loc prin organele aeriene, ce vin in contact direct cu atmosfera

Plantele inferioare uni- sau pluricelulare, ca si plantele nevasculare, elimina vaporii de apa prin toate celulele ce vin in contact cu atmosfera; transpiratia lor este mai mult sau mai putin intensa, dupa starea fiziologica a celulelor si dupa fortelor care retin apa in ele. Dupa oscilatiile continutului lor in apa, aceste plante sunt poikilohidre.

La plantele vasculare - care dupa continutul lor in apa sunt homeohidre, transpiratia se realizeaza prin intrega lor suprafata externa si interna ce vine in contact cu aerul inconjurator. Prin cuticula epidermei si prin suber acest plante elimina cantitati relativ mici de vapori de apa. Dintre organele aeriene, frunzele transpira cu cea mai mare intensitate, datorita particularitatilor lor structurale si functionale:

. au o suprafata mare de contact cu atmosfera si un mare numar de stomate;

. mezofilul este de grosime redusa, cu numeroase spatii intercelulare - fapt ce permite realizarea unei activitati fotosintetice intense, unei transpiratii, absorbtii si circulatii a apei active in planta.

In timpul zilei, in prezenta luminii, stomatele se deschid larg, fapt ce permite un schimb gazos intens, apa fiind eliminata sub forma de vapori. Astfel este mentinut curentul ascendent al sevei brute, ce asigura in permanenta turgescenta tuturor celulelor.

Eliminarea vaporilor de apa are loc mai ales prin ostiolele stomatelor si, in mod accesoriu, prin traversarea cuticulei, care protejeaza celulele aflate in contact direct cu atmosfera externa. Grosimea ei poate influenta foarte mult transpiratia cuticulara si reprezinta, de altfel, o adaptare structurala la mediu. O mica parte a apei este eliminata si la nivelul lenticelelor, care corespund local unei lipse de coeziune intre celulele suberificate, ce acopera ramurile si tulpinile plantelor lemnoase.

Lenticelele nu executa miscari de inchidere si de deschidere a spatiiilor lor intercelulare; ca urmare transpiratia prin ele este de neevitat si poate fi considerata ca 'un rau necesar', dupa cum afirma savantul rus K.A. TIMIREAZEV. Acest tip de transpiratie poate juca totusi un anumit rol in impiedicarea supraincalzirii excesive a plantelor in zilele toride de vara.

In conditii normale, la majoritate plantelor, deschiderea stomatelor are loc dimineata, acestea se mentin deschise in timpul zilei si se inchid spre seara. In conditii de luminozitate scazuta in timpul zilei, stomatele se deschid putin, iar in zilele cu insolatie puternica se deschid dimineata, se inchid in timpul amiezii, se deschid apoi dupa amiaza si se inchid din nou seara.

Un alt mijloc de reglare a intensitatii transpiratiei este uscarea incipienta a membranei, care precede, de obicei, inchiderea hidroactiva a stomatelor.

Fenomenul are loc in conditii nefavorabile de umiditate, cand membranele celulelor ce delimiteaza spatiile intercelulare din mezofil se deshidrateaza partial si, din acest motiv, permeabilitatea lor pentru apa scade, determinand micsorarea vitezei de difuzie a vaporilor de apa in spatiile dintre celule; in acest mod este redusa intensitatea transpiratiei. Uscarea incipienta a membranei este caracteristica plantelor de tip xeromorf.

Reglarea intensitatii transpiratiei se poate realiza pe timp de seceta la graminee si prin rasucirea frunzelor de-a lungul nervurii mediane sub forma unui cornet, ceea ce determina reducerea suprafetei de contact a frunzei cu atmosfera inconjuratoare si micsorarea intensitatii transpiratiei. Acest fenomen are loc datorita celulelor buliforme, prezente in structura anatomica a frunzelor, celule care sunt situate sub epiderma superioara, in mezofilul nediferentiat, de o parte si de alta a nervurii mediane si au membrane subtiri. In conditii de seceta, la aceste celule scade turgescenta, iar volumul lor se micsoreaza, fapt ce determina fenomenul de rasucire a frunzelor.

Pozitia stomatelor este, de asemeni, in stransa legatura cu regimul hidric al plantei. La majoritatea plantelor stomatele se afla la acelasi nivel cu celulele epidermice. In comparatie cu acestea, transpiratia prin stomate este mai intensa la unele higrofite, la care stomatele se afla situate la un nivel superior, comparativ cu celulele epidermice si anume in varful unei ridicaturi, ca la speciile din familia Ccucurbitaceae, la Anemonae nemorosa etc.

In schimb, procesul de transpiratie este mult mai redus ca intensitate la acele plante la care stomatele se afla in mezofil, sub nivelule celulelor epidermice, asezate in cripte, cum sunt de exemplu la Hevea brasiliensis, Nerium oleander, Ficus elastica, specii de Dianthus etc.

Rolul transpiratiei in viata plantelor

Transpiratia prezinta o deosebita importanta in viata plantelor prin faptul ca:

Determina urcarea sevei brute prin apelul foliar si usureaza, prin acesta, absorbtia radiculara a apei, ceea ce permite plantelor sa economiseasca energie si sa realizeze o activitate metabolica la nivel normal, ca urmare a bunei hidratari a tesuturilor si aprovizionarii lor cu elementele nutritiei minerale;

Asigura racirea organelor vegetale, deoarece evaporarea unui gram de apa absoarbe 537 calorii, indeplinind un rol termoreglator. Ca urmare, datorita transpiratiei intenste, in timpul amiezilor de vara, la plantele din plin soare, temperatura corpului lor nu depaseste, de obicei, temperatura aerului inconjurator.

In timpul coacerii fructelor uscate si a semintelor, apa eliminata prin transpiratie provine, partial, din aceste organe, ceea ce usureaza si accelereza coacerea lor;

Favorizeaza schimburile de O₂ si CO₂ prin ostiolele stomatelor. Deci, plantele care transpira mai intens au o fotosinteza mai activa si cresc mai repede. Reglarea stomatica a transpiratiei poate avea insa loc fara ca schimburile respiratorii si fotosintetice de O₂ si CO₂ sa fie afectate, deoarece diametrul ostiolelor la care incepe reducerea transpiratiei este mai mare decat cel care determina reducerea difiziunii CO₂ si O₂.

Plantele submerse, cum sunt Elodea canadensis, Utricularia vulgaris etc. cresc intens, desi la ele transpiratia nu are loc.

Uneori transpiratia poate deveni nociva, cand mecanismele reglatoare, eficace intre anumite limite, raman fara efect. In astfel de situatii plantele se deshidrateaza puternic si pot pieri. De aceea transpiratia a fost calificata de catre savantul rus K. A. TIMIRIAZEV ca fiind 'un rau necesar'.

B. GUTATIA

Este fenomenul de eliminare a apei din corpul plantelor sub forma de picaturi. Ea apare mai ales in noptile reci, precedate de zile calduroase. In aceste nopti atmosfera este saturata cu vapori de apa si se reduce simtitor intensitatea transpiratiei. Temperatura mai ridicata a solului, comparativ cu cea a aerului determina absorbtia unei cantitati mari de apa. Apare astfel un dezechilibru intre absorbtia radiculara, ce decurge intens noaptea si transpiratia redusa din aer (franata pe langa umiditate relativa a aerului mai crescuta si de inchiderea stomatelor prin reactie fotoactiva). Surplusul de apa din corpul plantelor este eliminat sub forma de picaturi.

In regiunile noastre plantele elimina prin gutatie cantitati mici de apa, fenomenul fiind intalnit mai ales in sere.

In lumea vegetala gutatia apare la peste 300 genuri de plante din 115 familii, fiind prezenta atat la plantele inferioare - de exemplu la ciuperci: Pilobolus, Penicillium - cat si la plantele superioare.

Apa gutata nu este pura si, ca urmare, spre deosebire de roua, lasa un reziduu alb prin evaporare, pe suprafata frunzelor.

La plantele superioare gutatia este localizata in anumite portiuni ale plantelor, unde se gasesc organele de gutatie, numite hidatode sau cai pentru apa.

La frunzele gramineelor acestea se gasesc de obicei la varful lor; la frunzele dintate - la varful dintilor, cum este cazul la Alchemilla (fig,16); frunzele de fasole guteaza prin toata suprafata lor, deoarece organele de gutatie sunt raspandite pe intreaga suprafata foliara.

Prin gutatie este evitata asfixierea celulelor, ce s-ar produce prin inundarea spatiilor intercelulare; este favorizata, de asemeni, eliminarea unor substante inutile produse de catabolism, precum si excesului de apa s de saruri ce ar putea duce la intoxicarea celulelor; gutatia reduce presiunea hidrostatica din vasele de lemn, asigura mentinerea echilibrului dintre apa absorbita si cea eliminata, precum si transportul apei si a substantelor minerale in corpul plantei, in special la plantele submerse.