Exercicis: El transport de sabes

Diferencia la saba bruta i la saba elaborada: què transporta cadascuna, per quin vas circula i en quin sentit ho fa.

Indica quins elements cel·lulars formen el xilema (traqueides i membres de vasos) i el floema (tubs cribosos i cèl·lules acompanyants), i una diferència estructural entre uns i altres relacionada amb la seva funció.

Per on entra l'aigua del sòl a la planta i per quines estructures surt la major part d'aquesta a l'atmosfera? Anomena el procés de pèrdua d'aigua i la seva importància.

Explica què és la transpiració vegetal i raona quin percentatge de l'aigua absorbida per l'arrel s'utilitza realment en la fotosíntesi (què passa amb el $98\ \%$ restant i per a què serveix perdre-la?).

Enumera el recorregut de l'aigua des del sòl fins a l'atmosfera (pèl absorbent → escorça de l'arrel → xilema → mesòfil de la fulla → estoma) indicant quin teixit travessa a cada pas.

Diferencia gutació i transpiració: quan té lloc cadascuna (nits humides enfront de dies secs), per on surt l'aigua en cada cas i què demostra la gutació sobre la pressió que empeny la saba des de l'arrel.

Què és la pressió radicular? Explica en quines condicions es manifesta (nits d'alta humitat, saba que brolla en tallar una tija a la primavera) i per què no és suficient per pujar l'aigua a la capçada d'un arbre alt.

A més de sucres, el floema transporta aminoàcids, fitohormones i senyals d'alarma. Explica què significa que la saba elaborada viatja «de font a sumidor» i cita dos sumidors diferents segons l'època de l'any (arrels, fruits, gemmes noves).

Explica la teoria de la cohesió-tensió de l'ascens de la saba bruta: quin paper juguen la transpiració foliar, la cohesió entre molècules d'aigua i l'adhesió a les parets del xilema, i per què l'aigua pot pujar desenes de metres sense cap bomba.

Descriu el mecanisme de pressió de flux (hipòtesi de Münch) del transport de saba elaborada pel floema, explicant què passa a la «font» (fulla) i al «sumidor» (arrel, fruit) i per què aquest transport sí que consumeix energia.

L'esquema mostra els dos teixits conductors de la tija d'una planta vascular. a) Indica quin número correspon al xilema i quin al floema, justificant-ho pel sentit de les fletxes. b) Anomena la saba que transporta cada vas i la seva composició. c) Explica quina força impulsa l'ascens pel vas 1.

La teoria de la cohesió-tensió explica l'ascens de l'aigua sense bomba. Explica quines tres propietats de l'aigua i del xilema la fan possible (evaporació a l'estoma, cohesió entre molècules, adhesió a les parets del vas) i raona per què la columna d'aigua no es trenca en vasos tan estrets.

Un sòl sec «agafa» l'aigua amb més força que un d'humit. Explica què és la tensió de l'aigua al sòl (potencial hídric, de manera qualitativa), què és el punt de marciment permanent i per què regar moltes vegades amb poca aigua és una estratègia pitjor que regar en profunditat.

Els fructicultors anellen de vegades una branca (en retiren un anell d'escorça) perquè els seus fruits s'engreixin. Explica quina saba s'acumula sobre l'anell, per què millora el fruit i quin risc té aplicar la tècnica a tot el tronc (què mor primer?).

Els pugons claven el seu estilet al floema i la saba hi entra sola a pressió. Explica què demostra això sobre la pressió dins del floema, què és la melassa que excreten els pugons i com l'aprofiten les formigues (mutualisme).

En les sequeres es poden formar bombolles d'aire dins del xilema (cavitació i embòlia). Explica per què una embòlia trenca la columna d'aigua i deixa sense servei aquest vas, i cita dues estratègies de les plantes per evitar-la o limitar-la (vasos més estrets, tancament d'estomes, repartiment de risc entre molts vasos).

En horticultura es practica de vegades l'anellament (extracció d'un anell d'escorça) en una branca concreta per obtenir fruits més grossos, però si es realitza a la base del tronc principal l'arbre acaba morint.

1. a) Explica, segons el model de flux de pressió (font-embornal), per què els fruits de la branca anellada augmenten de mida i contingut en sucres.
2. b) Un operari afirma: «L'arbre anellat al tronc no hauria de morir, ja que el xilema continua intacte i les fulles poden rebre aigua i continuar fent la fotosíntesi amb normalitat». Rebat aquest argument predient la seqüència temporal de fallades fisiològiques a les arrels i a la capçada que condueixen a la mort de l'arbre.

Durant una jornada d'estiu molt calorosa i eixuta (temperatura màxima de $38\ \text{°C}$ a les $14{:}00\ \text{h}$), es monitoritzen els paràmetres següents en una planta de conreu ben il·luminada:

• De $08{:}00$ a $11{:}00\ \text{h}$: la transpiració i l'assimilació neta de $\text{CO}_2$ augmenten de manera paral·lela.

• De $12{:}00$ a $16{:}00\ \text{h}$: la transpiració cau dràsticament un $70\ \%$ i l'assimilació neta es redueix gairebé a zero, malgrat que la intensitat lumínica és màxima.

• A partir de les $17{:}30\ \text{h}$: s'observa una lleugera recuperació de tots dos paràmetres abans de la posta de sol.

1. a) Interpreta les dades explicant quin canvi osmòtic i iònic experimenten les cèl·lules oclusives al migdia i quin senyal hormonal desencadena aquest procés.
2. b) Justifica per què el tancament estomàtic, tot i que vital per evitar la dessecació, col·lapsa la síntesi de glucosa malgrat la radiació solar abundant, i prediu què li passarà a la temperatura de les fulles durant aquestes hores centrals del dia en interrompre's la transpiració.

Imagina que es produeix una microbombolla d'aire al xilema d'un arbre a l'estiu i, alhora, un microèmmol gasós en una artèria d'un mamífer.

1. a) Explica per què el mecanisme biofísic de transport de saba bruta (teoria de la cohesió-tensió) fa que el xilema sigui vulnerable a la cavitació, i prediu les conseqüències hidràuliques immediates del trencament de la columna d'aigua en aquest vas.
2. b) Compara tots dos sistemes de transport contrastant: l'origen de l'energia impulsora (solar/gradient de potencial hídric vs. metabòlica/ATP del miocardi), la naturalesa dels conductes (cèl·lules mortes lignificades vs. endoteli viu) i per què una planta no podria mantenir el seu balanç energètic si hagués de bombejar activament la saba bruta mitjançant transport cel·lular actiu.

En una regió semiàrida es compara una parcel·la forestal madura amb una parcel·la contigua desforestada recentment per a conreu de secà amb sòl desproveït de coberta vegetal permanent. Es constata que, a l'estiu, la temperatura de l'aire sobre la capçada forestal és fins a $4\ \text{°C}$ inferior a la de la zona desarborada, i les boires o plugims locals són notablement més freqüents.

1. a) Justifica l'efecte termoregulador del bosc explicant el mecanisme de transpiració foliar i la propietat biofísica de l'aigua responsable del refredament de l'entorn.
2. b) Explica el paper de l'evapotranspiració en el reciclatge d'humitat continental («rius voladors») i prediu com la desforestació a gran escala pot alterar el règim de pluges en zones situades a centenars de quilòmetres.
3. c) Després d'una tempesta torrencial de tardor, es registra el cabal dels torrents de totes dues parcel·les. Prediu raonadament com diferiran els hidrogrames (pic de cabal màxim i temps de resposta) i analitza el risc d'erosió edàfica en funció de la presència o absència d'arrels i fullaraca.

En una pineda mediterrània sotmesa a diversos anys consecutius de sequera extrema es constata una mortalitat massiva per fallada hidràulica i un atac fulminant d'escarabats perforadors de l'escorça (Tomicus sp.), que excaven galeries al floema.

1. a) Explica la relació causa-efecte entre el descens continuat del potencial hídric del sòl, la tensió als vasos xilemàtics i l'aparició d'embòlies. Raona per què el tancament estomàtic preventiu a llarg termini no evita la mort de l'arbre (inanició per dèficit de carboni enfront de cavitació catastròfica).
2. b) Els pins sans es defensen d'aquests insectes bombant resina a pressió a través dels seus canals resinífers per expulsar-los de l'escorça. Justifica fisiològicament per què un arbre deshidratat i amb estomes tancats perd aquesta defensa mecànica i química.
3. c) Proposa dues mesures de gestió forestal ecològica orientades a reduir la vulnerabilitat d'aquestes pinedes davant de futures sequeres i justifica la seva base biològica (competència intraespecífica per l'aigua edàfica i diversificació d'hostes).

Un grup d'estudiants empra un potòmetre de capil·lar ($1\ \text{mm}$ de diàmetre) per investigar la pèrdua d'aigua en una branca de llorer (Laurus nobilis). Mesuren l'avanç de la bombolla durant intervals de $15$ minuts sota diferents condicions experimentals:

• Control (llum de laboratori, $22\ \text{°C}$, aire en calma): $30\ \text{mm}$.

• Tractament 1 (focus de llum directa intensa): $75\ \text{mm}$.

• Tractament 2 (ventilador a baixa velocitat): $65\ \text{mm}$.

• Tractament 3 (corrent d'aire molt calent i sec durant $45$ minuts continuats): $12\ \text{mm}$.

• Tractament 4 (branca coberta amb una bossa de polietilè transparent humida): $4\ \text{mm}$.

1. a) Interpreta els resultats dels Tractaments 1, 2 i 4 justificant el mecanisme fisiològic o físic que actua en cada cas (obertura estomàtica fòtica, reducció de la capa límit foliar i gradient de pressió de vapor).
2. b) Resol l'aparent contradicció del Tractament 3: raona per què un ambient extremadament dessecant va provocar una caiguda dràstica de la transpiració en lloc del seu augment.
3. c) Assenyala quina magnitud mesura directament el potòmetre (enfront de la transpiració foliar neta real) i justifica per què el tall basal de la tija s'ha de realitzar necessàriament submergit sota l'aigua en muntar l'aparell.

Per estudiar el funcionament biofísic dels teixits conductors en una planta herbàcia madura, es dissenya un experiment amb dos tractaments en el terç mitjà de la tija:

• Tractament A: es refreda localment la tija a $0\ \text{°C}$ o s'infiltra amb un inhibidor respiratori que anul·la la producció d'ATP, mantenint les fulles intactes a temperatura ambient i ben il·luminades.

• Tractament B: se secciona perifèricament l'escorça fins a arribar a la fusta i s'exposa la planta a una evaporació alta.

Es subministra aigua tritiada ($^3\text{H}_2\text{O}$) a les arrels i $\text{CO}_2$ marcat ($^{14}\text{CO}_2$) a les fulles superiors.

1. a) Prediu què passarà amb el transport de saba bruta i saba elaborada en el Tractament A, justificant la teva resposta segons els requeriments metabòlics del xilema enfront del floema (hipòtesi del flux per pressió de Münch).
2. b) Explica la relació entre l'estructura cel·lular i la funció en ambdós teixits: per què els elements del xilema assoleixen la seva funcionalitat després de l'apoptosi cel·lular, mentre que les cèl·lules criboses s'han de mantenir metabòlicament vives i associades a cèl·lules acompanyants.
3. c) Si un arbre adult pot transpirar $300\ \text{L}$ d'aigua al dia i transportar $0{,}5\ \text{kg}$ de sucres, raona des del punt de vista evolutiu i termodinàmic per què el transport pel xilema no es basa en bombes de transport actiu cel·lular.

En un estudi ecofisiològic sobre relacions de parasitisme vegetal s'analitzen dues espècies: el vesc (Viscum album), que posseeix fulles verdes i viu sobre branques de pi, i la cuscuta (Cuscuta sp.), una planta paràsita filamentosa i grogosa que colonitza tiges d'alfals.

1. a) A migdia, el potencial hídric a les fulles del pi hoste és de $-1{,}6\ \text{MPa}$, mentre que a les fulles del vesc és de $-2{,}4\ \text{MPa}$. Interpreta aquest gradient biofísic explicant a quin teixit de l'hoste es connecten els haustoris del vesc i per què aquest necessita mantenir una conductància estomàtica més activa que la del seu propi arbre hoste.
2. b) La cuscuta no té clorofil·la ni arrels funcionals en estat adult. Dedueix cap a quin teixit vascular de l'hoste ha de dirigir els seus haustoris per subsistir i classifica-la funcionalment enfront del vesc (holoparàsita vs. hemiparàsita).
3. c) Un agricultor proposa combatre una infestació de cuscuta al seu camp aplicant un herbicida el principi actiu del qual inhibeix l'enzim Rubisco de la fotosíntesi. Prediu l'eficàcia d'aquest tractament sobre la paràsita i sobre el conreu, i raona un mètode de control agronòmic més selectiu i coherent amb la fisiologia del paràsit.

Repte del tema. Com gestiona un conreu local l'estrès hídric i lumínic? Imagina que assessores una cooperativa agrícola de la teva comarca.

1. Recollida de dades: Consulta al web de l'AEMET la temperatura màxima (ex. $24,5\text{ °C}$), la humitat relativa i les hores de sol de la teva localitat durant els darrers $3$ dies.

2. Anàlisi fisiològica: Avalua com han condicionat aquestes variables la transpiració foliar i l'ascens de la saba bruta segons la teoria de tensió-cohesió. Dedueix si hi ha hagut risc de tancament estomàtic i la seva repercussió en l'assimilació de $\text{CO}_2$ durant la fotosíntesi.

3. Dinàmica de sabes: Explica com la producció de fotoassimilats estimada ha afectat la càrrega de sacarosa i el transport de saba elaborada per flux de pressió cap als òrgans embornal.

4. Proposta agronòmica: Elabora un breu informe tècnic amb una gràfica temporal i una pauta horària de reg justificada per prevenir la cavitació al xilema sense minvar la fotosíntesi.

Es valorarà:

• Rigor en l'ús de dades reals i la seva representació gràfica.

• Comprensió de la interdependència entre la fotosíntesi i el transport xilemàtic i floemàtic.

• Justificació biològica i viabilitat de les mesures proposades a l'informe.