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Transporte em plantas

Biologia do A-Level · Tópico 7

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8:36

Transporte em Plantas

Um sequoia gigante levanta água a mais de cem metros para o ar, todos os dias — e ela não tem coração, nem músculo, nem bomba de nenhum tipo. Então o que faz o…

Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas

7.1

Os dois tecidos de transporte

Programa
  1. desenhem diagramas esquemáticos de secções transversais de caules, raízes e folhas de plantas dicotiledôneas herbáceas a partir de lâminas microscópicas e fotomicrografias
  2. descrevam a distribuição de xilema e floema em secções transversais de caules, raízes e folhas de plantas dicotiledôneas herbáceas
  3. desenhem e rotulem elementos vasculares do xilema, elementos de tubo peneirante do floema e células acompañantes a partir de lâminas microscópicas, fotomicrografias e micrografias eletrônicas
  4. relacionem a estrutura dos elementos vasculares do xilema, elementos de tubo peneirante do floema e células acompanhantes às suas funções

Fonte: Programa Cambridge International

As plantas movem substâncias através de dois tecidos de transporte 组织:

  • o xilema 木质部 transporta água e íons minerais 矿物离子 dissolvidos para cima das raízes.
  • o floema 韧皮部 transporta alimentos dissolvidos (chamados assimilados 同化物, principalmente açúcares) para onde quer que sejam necessários.

Em uma seção transversal 横切面 (um corte reto através) de uma planta dicotiledônea 双子叶植物:

  • nenhuma caule, xilema e floema ficam juntos em feixes perto da periferia, com o xilema no interior de cada feixe.
  • na raiz, o xilema está no centro, muitas vezes em formato de estrela, com o floema entre os braços.
  • na folha, ambos são encontrados nas veias.

Ao desenhar um diagrama esquemático, você desenha apenas os contornos dos tecidos, não as células individuais.

Duas secções transversais: um caule com feixes vasculares em um anel próximo à borda com xilema dentro de cada um, e uma raiz com xilema formando uma estrela central e floema entre os braços
Onde os tecidos estão localizados: os feixes do caule formam um anel próximo à borda (xilema dentro); na raiz o xilema forma uma estrela central
Tronco de árvore cortado transversalmente, mostrando anéis de crescimento concêntricos
A madeira do tronco de uma árvore é xilema; cada anel representa um ano de crescimento

Vasos do xilema

Os tubos condutores de água do xilema são chamados de vasos 导管. Eles são feitos de células mortas e vazias unidas ponta a ponta, com as paredes terminais ausentes, formando assim um longo tubo aberto. Suas paredes são espessadas e impermeabilizadas com lignina 木质素. Portanto, a estrutura se adapta à função: o tubo oco e aberto sem conteúdo permite que a água flua rapidamente, e a lignina confere resistência e suporte.

Tubos peneira do floema e células companheiras

Os tubos condutores de alimento do floema são chamados de tubos peneira 筛管. São células vivas unidas ponta a ponta, mas suas paredes terminais não desaparecem — tornam-se placas peneira 筛板 com muitos orifícios pelos quais a seiva flui. Para dar espaço ao fluxo, uma célula do tubo peneira perde a maior parte de seu conteúdo e não tem núcleo.

Ao lado de cada tubo peneira há uma célula companheira 伴胞. Ela mantém seu núcleo 细胞核 e possui muitas mitocôndrias 线粒体. Ela realiza o trabalho vivo para o tubo peneira e carrega açúcares para dentro dele.

Um vaso de xilema desenhado como um tubo oco com paredes lignificadas espessas ao lado de um tubo peneirado do floema com placas peneiradas e uma célula companheira anexa
O xilema é um tubo morto e aberto; o floema são tubos peneirados vivos com placas peneiradas e células companheiras

Esta é a aparência de um fascículo vascular 维管束 real sob microscópio, em uma secção corada de um caule jovem de girassol:

Uma secção transversal corada através de um fascículo vascular de um caule de dicotiledônea em alta potência: um grupo de grandes vasos de xilema arredondados com paredes espessas corados em vermelho abaixo, com um aglomerado de células menores de floema com paredes finas acima deles, rodeados por células de preenchimento
Um fascículo vascular real em secção: as grandes células vermelhas são vasos de xilema (paredes lignificadas espessas); as células menores acima são o floema
Explorar

Xilema e floema lado a lado

Toque em cada parte. O xilema é um cano morto e oco para água; o floema é um tubo vivo para açúcares, auxiliado por sua célula companheira.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
tissue/ˈtɪʃuː/ 组织 zǔ zhī
xylem/ˈzaɪləm/ 木质部 mù zhì bù
mineral ion/ˈmɪnərəl ˈaɪɒn/ 矿物离子 kuàng wù lí zi
phloem/ˈfləʊɪm/ 韧皮部 rèn pí bù
assimilate/əˈsɪmɪleɪt/ 同化物 tóng huà wù
transverse section/trænsˈvɜːs ˈsekʃn/ 横切面 héng qiē miàn
dicotyledonous plant/ˌdɪkətɪˈliːdənəs plænt/ 双子叶植物 shuāng zǐ yè zhí wù
vessel/ˈvesl/ 导管 dǎo guǎn
lignin/ˈlɪɡnɪn/ 木质素 mù zhì sù
sieve tube/sɪv tjuːb/ 筛管 shāi guǎn
sieve plate/sɪv pleɪt/ 筛板 shāi bǎn
companion cell/kəmˈpænɪən sel/ 伴胞 bàn bāo
nucleus/ˈnjuːklɪəs/ 细胞核 xì bāo hé
mitochondria/ˌmaɪtəˈkɒndrɪə/ 线粒体 xiàn lì tǐ
vascular bundle/ˈvæskjʊlə ˈbʌndl/ 维管束 wéi guǎn shù
root hair cell/ruːt heə sel/ 根毛细胞 gēn máo xì bāo
osmosis/ɒzˈməʊsɪs/ 渗透 shèn tòu
apoplast pathway/ˈæpəplæst ˈpæθweɪ/ 质外体途径 zhì wài tǐ tú jìng
cell wall/sel wɔːl/ 细胞壁 xì bāo bì
cellulose/ˈseljuːləʊs/ 纤维素 xiān wéi sù
symplast pathway/ˈsɪmplæst ˈpæθweɪ/ 共质体途径 gòng zhì tǐ tú jìng
plasmodesmata/ˌplæzməʊdˈsmɑːtə/ 胞间连丝 bāo jiān lián sī
endodermis/ˈendəʊdəmɪs/ 内皮层 nèi pí céng
Casparian strip/kæˈspeərɪən strɪp/ 凯氏带 kǎi shì dài
7.2

Água do solo para o xilema

Programa
  1. afirmem que alguns íons minerais e compostos orgânicos podem ser transportados dentro das plantas dissolvidos em água
  2. descrevam o transporte de água do solo para o xilema através do: • caminho apoplasto, com referência à lignina e celulose • caminho simplasto, com referência à endoderme, faixa de Caspary e suberina
  3. expliquem que a transpiração envolve a evaporação da água das superfícies internas das folhas seguida pela difusão do vapor d'água para a atmosfera
  4. expliquem como a ligação de hidrogênio das moléculas de água está envolvida no movimento da água no xilema por coesão-tensão na tração transpiratória e por adesão à celulose nas paredes celulares
  5. façam desenhos anotados de secções transversais de folhas de plantas xerófitas para explicar como elas são adaptadas para reduzir a perda de água por transpiração
  6. afirmem que assimilatos dissolvidos em água, como sacarose e aminoácidos, movem-se de fontes para sumidouros nos tubos peneirantes do floema
  7. expliquem como as células acompanhantes transferem assimilatos para os tubos peneirantes do floema, com referência às bombas de prótons e proteínas cotransportadoras
  8. expliquem o fluxo em massa nos tubos peneirantes do floema ao longo de um gradiente de pressão hidrostática da fonte para o sumidouro

Fonte: Programa Cambridge International

A água entra em uma célula pilífera 根毛细胞 por osmose 渗透, porque o potencial hídrico da pilha radicular é mais baixo que o da água do solo. A água atravessa então a raiz até o xilema por dois caminhos:

  • o caminho apoplasto 质外体途径 — a água se move através das paredes celulares 细胞壁 (feitas de celulose 纤维素) e dos espaços entre as células, sem entrar no citoplasma. Este caminho é rápido.
  • o caminho simplasto 共质体途径 — a água se move através do citoplasma das células, passando de célula para célula através dos plasmodesmos 胞间连丝.

Em um anel de células chamado endoderme 内皮层, o caminho apoplasto é bloqueado pela faixa de Caspari 凯氏带, uma faixa impermeável de suberina 木栓质. Isso força toda a água a passar pelas membranas celulares, permitindo que a planta controle o que entra no xilema.

Água atravessando a raiz pelo caminho apoplasto através das paredes celulares e pelo caminho simplasto através do citoplasma; na endoderme, a faixa de Caspari bloqueia o apoplasto
O apoplasto passa pelas paredes, o simplasto pelo citoplasma; a faixa de Caspari bloqueia o apoplasto na endoderme
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Água do solo para o xilema

Siga a água entrando pelo solo. Ela atravessa a raiz de duas formas, é forçada a passar por uma membrana na endoderme, depois entra no xilema.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
suberin/ˈsʌbərɪn/ 木栓质 mù shuān zhì
7.2

Transpiração e o movimento da água para cima no xilema

Transpiração 蒸腾作用 é a perda de vapor d'água de uma planta. A água evapora (vira vapor) das superfícies úmidas das células dentro da folha — isso é evaporação 蒸发. O vapor d'água 水蒸气 então difunde 扩散 para fora através dos estômatos 气孔 para a atmosfera 大气.

Essa perda no topo puxa a água para cima no xilema em uma coluna contínua. Funciona devido à ligação de hidrogênio entre as moléculas de água:

  • as moléculas de água se atraem mutuamente através de ligações de hidrogênio 氢键, mantendo-se unidas. Essa coesão é a coesão 内聚力, e permite que toda a coluna seja puxada para cima sob tensão 张力 (a teoria coesão-tensão).
  • as moléculas de água também se ligam à celulose das paredes celulares. Isso é aderência 附着力, que ajuda a manter a coluna no lugar.
Uma planta com água entrando nas raízes por osmose, subindo pelo xilema em uma coluna de setas para cima, e vapor d'água saindo da folha no topo
A transpiração na folha puxa toda a coluna de água para cima no xilema; a coesão (ligações de H) mantém a coluna unida

Exemplo resolvido. Uma célula vegetal com potencial hídrico de $-800\ \text{kPa}$ é colocada em uma solução com potencial hídrico de $-400\ \text{kPa}$. Para onde a água se move e o que acontece com a célula? A água sempre se move para baixo um gradiente de potencial hídrico - do valor menos negativo (mais alto) para o mais negativo (mais baixo). A solução em $-400$ é maior que a célula em $-800$, então a água se move para dentro da célula. A célula incha, o protoplasto pressiona a parede celular, o potencial de pressão aumenta e a célula torna-se turgente. Duas armadilhas: $-400$ é maior que $-800$, que é o erro de sinal que inverte metade de todas as respostas; e a água pura é o máximo em 0, então toda solução é negativa e o potencial hídrico nunca pode subir acima de zero.

Explorar

A corrente transpiratória

Passo a passo de como a água é puxada para cima em uma árvore — a evaporação no topo cria uma tensão que arrasta toda a coluna coesa para cima.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
transpiration/trænspəˈreɪʃn/ 蒸腾作用 zhēng téng zuò yòng
evaporation/ɪˌvæpəˈreɪʃn/ 蒸发 zhēng fā
water vapour/ˈwɔːtə ˈveɪpə/ 水蒸气 shuǐ zhēng qì
diffuse/dɪˈfjuːz/ 扩散 kuò sàn
stomata/ˈstəʊmətə/ 气孔 qì kǒng
atmosphere/ˈætməsfɪə/ 大气 dà qì
hydrogen bond/ˈhaɪdrədʒn bɒnd/ 氢键 qīng jiàn
cohesion/kəʊˈhiːʒn/ 内聚力 nèi jù lì
tension/ˈtenʃn/ 张力 zhāng lì
adhesion/ədˈhiːʒn/ 附着力 fù zhuó lì
7.2

Xerófitas

Uma xerófita 旱生植物 é uma planta adaptada 适应 a viver onde a água é escassa. Suas folhas reduzem a perda de água por transpiração de várias maneiras: uma cutícula cerosa espessa 角质层, estômatos afundados em cavidades, pelos que aprisionam ar úmido e folhas que podem se enrolar. Você deve ser capaz de desenhar uma secção foliar rotulada mostrando essas características.

Uma secção transversal de uma folha xerófita mostrando uma cutícula cerosa espessa no topo, estômatos afundados em cavidades, pelos aprisionando ar úmido e uma nota de que a folha pode se enrolar
Folhas de xerófitas reduzem a perda de água: uma cutícula espessa, estômatos afundados, ar úmido aprisionado e enrolamento
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
xerophyte/ˈzɪərəfaɪt/ 旱生植物 hàn shēng zhí wù
adapted/əˈdæptɪd/ 适应 shì yìng
cuticle/ˈkjuːtɪkl/ 角质层 jiǎo zhì céng
sucrose/ˈsuːkrəʊs/ 蔗糖 zhè táng
amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/ 氨基酸 ān jī suān
source/sɔːs/ 源 yuán
sink/sɪŋk/ 库 kù
proton pump/ˈprəʊtɒn pʌmp/ 质子泵 zhì zi bèng
cotransporter protein/ˈkɒtrənspɔːtə ˈprəʊtiːn/ 协同运输蛋白 xié tóng yùn shū dàn bái
active transport/ˈæktɪv ˈtrænspɔːt/ 主动运输 zhǔ dòng yùn shū
water potential/ˈwɔːtə pəˈtenʃl/ 水势 shuǐ shì
hydrostatic pressure/ˌhaɪdrəˈstætɪk ˈpreʃə/ 静水压 jìng shuǐ yā
7.2

Translocação: movendo assimilados no floema

Assimilados como sacarose 蔗糖 e aminoácidos 氨基酸 são transportados no floema de uma fonte 源 para um sumidouro 库.

  • uma fonte é onde o assimilado é produzido ou liberado (por exemplo, uma folha fotossintetizante).
  • um sumidouro é onde ele é usado ou armazenado (por exemplo, uma raiz em crescimento).

Carregamento na fonte

Células companheiras carregam sacarose nos tubos peneirados contra seu gradiente de concentração. Elas usam bombas de prótons 质子泵 para bombear íons de hidrogênio para fora, depois proteínas cotransportadoras 协同运输蛋白 trazem a sacarose de volta junto com esses íons. Esta é uma forma de transporte ativo 主动运输.

O carregamento de sacarose reduz o potencial hídrico 水势 dentro do tubo peneirado, então a água segue por osmose. Isso eleva a pressão hidrostática 静水压 ali.

Fluxo maciço

No sumidouro, a sacarose é removida, então o potencial hídrico aumenta, a água sai e a pressão cai. O resultado é uma diferença de pressão entre a fonte (alta) e o sumidouro (baixa). A seiva flui de alta para baixa pressão ao longo desse gradiente. Esse fluxo impulsionado por pressão é chamado de fluxo maciço 集流.

Sacarose carregada no floema na fonte atrai água e eleva a pressão, então a seiva flui para baixo até o sumidouro onde a sacarose é removida e a água sai
Carregar sacarose na fonte eleva a pressão; a seiva então flui por fluxo maciço até o sumidouro
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Translocação por fluxo em massa

Passo a passo de como o açúcar se move. O carregamento na fonte puxa água para dentro e aumenta a pressão, empurrando a seiva para o sumidouro.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
mass flow/mæs fləʊ/ 集流 jí liú
7.2

Dicas de prova

  • Indique o tecido para cada direção: xilema transporta água para cima (morto, lignificado), floema transporta assimilados em ambas as direções (tubos peneirados vivos + células companheiras).
  • Explique o movimento da água pela coesão-tensão: a transpiração puxa uma coluna de água contínua mantida pela coesão (ligações H) e aderência.
  • Liste os fatores que afetam a taxa de transpiração (luz, temperatura, umidade, movimento do ar) e como um potômetro mede a absorção.
  • Para xerófitas, relacione cada adaptação (cutícula espessa, estômatos afundados, folhas enroladas, pelos) à redução da perda de água.

Aulas interativas sobre este tópico

Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.

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