Exercícios: O transporte de seivas

Distingue a seiva bruta da seiva elaborada: que substâncias transporta cada uma, em que vasos condutores circulam e qual o sentido do seu transporte na planta.

Indica que elementos celulares formam o xilema (traqueídos e elementos de vaso) e o floema (tubos crivosos e células de companhia), e uma diferença estrutural entre uns e outros relacionada com a sua função.

Por onde entra a água do solo na planta e através de que estruturas sai a maior parte dela para a atmosfera? Nomeia o processo de perda de água e a sua importância.

Explica o que é a transpiração vegetal e raciocina sobre que percentagem da água absorvida pela raiz é realmente utilizada na fotossíntese (o que acontece com os $98\ \%$ restantes e para que serve perdê-la?).

Enumera o trajeto da água desde o solo até à atmosfera (pelo radicular → córtex da raiz → xilema → mesófilo da folha → estoma), indicando o tecido que atravessa em cada etapa.

Distingue gutação de transpiração: quando ocorre cada uma (noites húmidas versus dias secos), por onde sai a água em cada caso e o que demonstra a gutação sobre a pressão que impulsiona a seiva a partir da raiz.

O que é a pressão radicular? Explica em que condições se manifesta (noites de humidade elevada, seiva que exsuda ao cortar um caule na primavera) e por que razão não é suficiente para elevar a água até à copa de uma árvore alta.

Além de açúcares, o floema transporta aminoácidos, fitormonas e sinais de alarme. Explica o que significa que a seiva elaborada viaja «do órgão-fonte para o órgão de reserva/consumo» e refere dois órgãos recetores distintos consoante a época do ano (raízes, frutos, gomos novos).

Explica a teoria da tensão-coesão-adesão da ascensão da seiva bruta: que papel desempenham a transpiração foliar, a coesão entre moléculas de água e a adesão às paredes do xilema, e por que razão a água pode subir dezenas de metros sem uma bomba propulsora.

Descreve o mecanismo de fluxo de massa (hipótese de Münch) do transporte de seiva elaborada pelo floema, explicando o que ocorre no «órgão-fonte» (folha) e no «órgão recetor» (raiz, fruto) e por que motivo este transporte consome energia.

O esquema mostra os dois tecidos condutores do caule de uma planta vascular. a) Indica que número corresponde ao xilema e qual ao floema, justificando através do sentido das setas. b) Nomeia a seiva que cada vaso transporta e a sua composição. c) Explica que força impulsiona a ascensão pelo vaso 1.

A teoria da tensão-coesão-adesão explica a ascensão da água sem bomba propulsora. Explica que três propriedades da água e do xilema a tornam possível (evaporação no estoma, coesão entre moléculas, adesão às paredes do vaso) e raciocina sobre por que motivo a coluna de água não se rompe em vasos tão estreitos.

Um solo seco «retém» a água com mais força do que um húmido. Explica o que é a tensão da água no solo (potencial hídrico, de forma qualitativa), o que é o ponto de murchidão permanente e por que razão regar muitas vezes com pouca água é uma estratégia pior do que regar em profundidade.

Os fruticultores anelam por vezes um ramo (retiram um anel de casca) para que os frutos engordem. Explica que seiva se acumula acima do anel, por que motivo melhora o fruto e que risco acarreta aplicar a técnica ao tronco inteiro (o que morre primeiro?).

Os afídeos inserem o seu estilete no floema e a seiva entra por si mesma sob pressão. Explica o que isso demonstra sobre a pressão no interior do floema, o que é a melada excretada pelos afídeos e como as formigas a aproveitam (mutualismo).

Durante as secas podem formar-se bolhas de ar no interior do xilema (cavitação e embolia). Explica por que motivo uma embolia rompe a coluna de água e inutiliza esse vaso, e refere duas estratégias das plantas para a evitar ou limitar (vasos mais estreitos, fecho dos estomas, partilha de risco entre muitos vasos).

Na horticultura, pratica-se por vezes a anelagem (remoção de um anel de casca) num ramo específico para obter frutos maiores, mas se for realizada na base do tronco principal a árvore acaba por morrer.

1. a) Explica, segundo o modelo de fluxo de pressão (fonte-recipiente), por que razão os frutos do ramo anelado aumentam de tamanho e de teor de açúcares.
2. b) Um operador afirma: «A árvore anelada no tronco não deveria morrer, já que o xilema continua intacto e as folhas podem receber água e continuar a realizar a fotossíntese normalmente». Refuta este argumento prevendo a sequência temporal de falhas fisiológicas nas raízes e na copa que conduzem à morte da árvore.

Durante um dia de verão muito quente e seco (temperatura máxima de $38\ \text{°C}$ às $14{:}00\ \text{h}$), monitorizam-se os seguintes parâmetros numa planta de cultivo bem iluminada:

• Das $08{:}00$ às $11{:}00\ \text{h}$: a transpiração e a assimilação líquida de $\text{CO}_2$ aumentam de forma paralela.

• Das $12{:}00$ às $16{:}00\ \text{h}$: a transpiração cai drasticamente $70\ \%$ e a assimilação líquida reduz-se quase a zero, apesar de a intensidade luminosa ser máxima.

• A partir das $17{:}30\ \text{h}$: observa-se uma ligeira recuperação de ambos os parâmetros antes do anoitecer.

1. a) Interpreta os dados explicando que alteração osmótica e iónica experimentam as células estomáticas ao meio-dia e que sinal hormonal desencadeia esse processo.
2. b) Justifica por que razão o fecho estomático, embora vital para evitar a dessecação, colapsa a síntese de glicose apesar da abundante radiação solar, e prevê o que acontecerá à temperatura das folhas durante essas horas centrais do dia quando a transpiração for interrompida.

Imagina que se produz uma microbolha de ar no xilema de uma árvore no verão e, ao mesmo tempo, um microémbolo gasoso numa artéria de um mamífero.

1. a) Explica por que razão o mecanismo biofísico de transporte de seiva bruta (teoria da coesão-tensão) torna o xilema vulnerável à cavitação, e prevê as consequências hidráulicas imediatas da quebra da coluna de água nesse vaso.
2. b) Compara ambos os sistemas de transporte contrastando: a origem da energia propulsora (solar/gradiente de potencial hídrico vs. metabólica/ATP do miocárdio), a natureza dos canais condutores (células mortas lenhificadas vs. endotélio vivo) e por que razão uma planta não conseguiria manter o seu balanço energético se tivesse de bombear ativamente a seiva bruta através de transporte celular ativo.

Numa região semiárida, compara-se uma parcela florestal madura com uma parcela contígua desflorestada recentemente para cultivo de sequeiro com solo desprovido de coberto vegetal permanente. Constata-se que, no verão, a temperatura do ar sobre o dossel florestal é até $4\ \text{°C}$ inferior à da zona desprovida de árvores, e os nevoeiros ou chuviscos locais são notavelmente mais frequentes.

1. a) Justifica o efeito termorregulador da floresta explicando o mecanismo de transpiração foliar e a propriedade biofísica da água responsável pelo arrefecimento do ambiente.
2. b) Explica o papel da evapotranspiração na reciclagem da humidade continental («rios voadores») e prevê como a desflorestação em grande escala pode alterar o regime de chuvas em zonas situadas a centenas de quilómetros.
3. c) Após uma tempestade torrencial de outono, regista-se o caudal dos ribeiros de ambas as parcelas. Prevê fundamentadamente como irão diferir os hidrogramas (pico de caudal máximo e tempo de resposta) e analisa o risco de erosão do solo em função da presença ou ausência de raízes e folhada.

Num pinhal mediterrânico submetido a vários anos consecutivos de seca extrema, constata-se uma mortalidade maciça por falha hidráulica e um ataque fulminante de escaravelhos perfuradores da casca (Tomicus sp.), que escavam galerias no floema.

1. a) Explica a relação de causa-efeito entre a descida continuada do potencial hídrico do solo, a tensão nos vasos xilémicos e o aparecimento de embolias. Fundamenta por que razão o fecho estomático preventivo a longo prazo não evita a morte da árvore (inanição por défice de carbono versus cavitação catastrófica).
2. b) Os pinheiros saudáveis defendem-se destes insetos bombeando resina sob pressão através dos seus canais resiníferos para os expulsar da casca. Justifica fisiologicamente por que razão uma árvore desidratada e com estomas fechados perde esta defesa mecânica e química.
3. c) Propõe duas medidas de gestão florestal ecológica orientadas para reduzir a vulnerabilidade destes pinhais perante futuras secas e justifica a sua base biológica (competição intraespecífica pela água do solo e diversificação de hospedeiros).

Um grupo de estudantes utiliza um potómetro de capilar ($1\ \text{mm}$ de diâmetro) para investigar a perda de água num ramo de loureiro (Laurus nobilis). Medem o avanço da bolha durante intervalos de $15$ minutos sob diferentes condições experimentais:

• Controlo (luz de laboratório, $22\ \text{°C}$, ar calmo): $30\ \text{mm}$.

• Tratamento 1 (foco de luz direta intensa): $75\ \text{mm}$.

• Tratamento 2 (ventoinha a baixa velocidade): $65\ \text{mm}$.

• Tratamento 3 (corrente de ar muito quente e seco durante $45$ minutos consecutivos): $12\ \text{mm}$.

• Tratamento 4 (ramo coberto com um saco de polietileno transparente húmido): $4\ \text{mm}$.

1. a) Interpreta os resultados dos Tratamentos 1, 2 e 4 fundamentando o mecanismo fisiológico ou físico que atua em cada caso (abertura estomática fótica, redução da camada limite foliar e gradiente de pressão de vapor).
2. b) Resolve a aparente contradição do Tratamento 3: fundamenta por que razão um ambiente extremamente dessecante provocou uma queda drástica da transpiração em vez do seu aumento.
3. c) Indica que grandeza mede diretamente o potómetro (em oposição à transpiração foliar líquida real) e justifica por que razão o corte basal do caule deve realizar-se necessariamente submerso em água ao montar o aparelho.

Para estudar o funcionamento biofísico dos tecidos condutores numa planta herbácea madura, desenha-se uma experiência com dois tratamentos no terço médio do caule:

• Tratamento A: arrefece-se localmente o caule a $0\ \text{°C}$ ou infiltra-se com um inibidor respiratório que anula a produção de ATP, mantendo as folhas intactas à temperatura ambiente e bem iluminadas.

• Tratamento B: secciona-se perifericamente o córtex até atingir a madeira e expõe-se a planta a alta evaporação.

Fornece-se água tritiada ($^3\text{H}_2\text{O}$) às raízes e $\text{CO}_2$ marcado ($^{14}\text{CO}_2$) às folhas superiores.

1. a) Prevê o que acontecerá com o transporte de seiva bruta e seiva elaborada no Tratamento A, justificando a tua resposta de acordo com os requisitos metabólicos do xilema face ao floema (hipótese do fluxo de pressão de Münch).
2. b) Explica a relação entre a estrutura celular e a função em ambos os tecidos: por que razão os elementos do xilema atingem a sua funcionalidade após a apoptose celular, enquanto as células crivosas devem manter-se metabolicamente vivas e associadas a células de companhia.
3. c) Se uma árvore adulta pode transpirar $300\ \text{L}$ de água por dia e transportar $0{,}5\ \text{kg}$ de açúcares, fundamenta, do ponto de vista evolutivo e termodinâmico, por que razão o transporte pelo xilema não se baseia em bombas de transporte ativo celular.

Num estudo ecofisiológico sobre relações de parasitismo vegetal analisam-se duas espécies: o visgo (Viscum album), que possui folhas verdes e vive sobre ramos de pinheiro, e a cuscuta (Cuscuta sp.), uma planta parasita filamentosa e amarelada que coloniza caules de luzerna.

1. a) Ao meio-dia, o potencial hídrico nas folhas do pinheiro hospedeiro é de $-1{,}6\ \text{MPa}$, enquanto nas folhas do visgo é de $-2{,}4\ \text{MPa}$. Interpreta este gradiente biofísico explicando a que tecido do hospedeiro se ligam os haustórios do visgo e por que razão este precisa de manter uma condutância estomática mais ativa do que a da sua própria árvore hospedeira.
2. b) A cuscuta não tem clorofila nem raízes funcionais no estado adulto. Deduz para que tecido vascular do hospedeiro deve direcionar os seus haustórios para subsistir e classifica-a funcionalmente em comparação com o visgo (holoparasita vs. hemiparasita).
3. c) Um agricultor propõe combater uma infestação de cuscuta no seu campo aplicando um herbicida cujo princípio ativo inibe a enzima Rubisco da fotossíntese. Prevê a eficácia deste tratamento sobre a parasita e sobre a cultura, e propõe fundamentadamente um método de controlo agronómico mais seletivo e coerente com a fisiologia do parasita.

Desafio do tema. Como é que uma cultura local faz a gestão do stresse hídrico e lumínico? Imagina que prestas consultoria a uma cooperativa agrícola da tua região.

1. Recolha de dados: Consulta no site do IPMA a temperatura máxima (ex. $24,5\text{ °C}$), a humidade relativa e as horas de sol da tua localidade durante os últimos $3$ dias.

2. Análise fisiológica: Avalia de que forma estas variáveis condicionaram a transpiração foliar e a subida da seiva bruta de acordo com a teoria da tensão-coesão. Deduz se existiu risco de fecho estomático e a sua repercussão na assimilação de $\text{CO}_2$ durante a fotossíntese.

3. Dinâmica de seivas: Explica como a produção de fotoassimilados estimada afetou o carregamento de sacarose e o transporte de seiva elaborada por fluxo de pressão em direção aos órgãos sumidouro.

4. Proposta agronómica: Elabora um relatório técnico breve com um gráfico temporal e um plano horário de rega fundamentado para prevenir a cavitação no xilema sem reduzir a fotossíntese.

Avaliar-se-á:

• Rigor na utilização de dados reais e na sua representação gráfica.

• Compreensão da interdependência entre a fotossíntese e o transporte xilémico e floémico.

• Justificação biológica e viabilidade das medidas propostas no relatório.