34.1: Xilema e Transporte de Recursos por Transpiração

O xilema das plantas vasculares distribui água e minerais dissolvidos que são captados pelas raízes para o resto da planta. As células que transportam seiva de xilema estão mortas após a maturidade, e o movimento da seiva de xilema é um processo passivo.

Traqueídeos e elementos de vaso transportam seiva de xilema

Elementos traqueídeos são as células de transporte do xilema. Eles não têm citoplasma e organelos quando estão maduros e são considerados parte do apoplasto da planta porque se ligam diretamente ao espaço extracelular. Existem dois tipos de elementos traqueídeos: traqueídeos e elementos de vaso.

Traqueídeos são células alongadas com paredes lignificadas que contêm pequenas lacunas chamadas poços, que conduzem a seiva de xilema de uma célula para outra em locais onde as suas paredes se sobrepõem. Plantas vasculares sem sementes e a maioria das gimnospérmicas, ou plantas coníferas, têm apenas traqueídeos, que se acredita terem evoluído antes dos elementos do vaso.

Os elementos de vaso são células lignificadas mais largas que se acumulam verticalmente para formar vasos. Eles estão ligados por placas de perfuração, estruturas da extremidade celular especializadas que têm espaços através dos quais a seiva de xilema pode fluir. O diâmetro maior e a estrutura mais eficiente das placas de perfuração significa que os vasos compostos por elementos de vaso podem mover um volume muito maior de seiva. A maioria das angiosérmicas, ou plantas com flor, têm traqueídeos e elementos de vaso.

O transporte ativo de minerais cria um gradiente de pressão da água das raízes às folhas

Enquanto que a água entra passivamente em uma planta através de células radiculares permeáveis, o transporte ativo é necessário para mover minerais para o xilema. A alta concentração resultante de solutos nas raízes cria um gradiente no potencial de pressão da água dentro do xilema, com maior pressão nas raízes e menor pressão em outros locais da planta, onde os solutos estão menos concentrados. A água irá mover-se em direção aos locais de menor pressão; no entanto, este gradiente é apenas um pequeno contributo para o transporte global de seiva através do xilema.

Forças físicas em moléculas de água mantêm fluido dentro do xilema

O transporte de seiva de xilema através de uma planta é possibilitada em parte por algumas das propriedades físicas da própria água. A hipótese de coesão-tensão para o transporte de seiva através do xilema foi proposta pela primeira vez na década de 1890. A coesão entre moléculas de água é relativamente forte porque todos os três átomos de uma molécula de água podem participar da ligação de hidrogénio com outras moléculas de água. Isso significa que a atração transpiracional nas folhas pode afetar moléculas de água em todo o xilema, como elos em uma cadeia, até às raízes.

Outra força, a adesão, permite que moléculas de água se agarrem a superfícies dentro da planta, como as paredes celulares das células de mesófilo na folha, onde a tensão superficial da água é essencial para tirar a seiva dos vasos de folhas quando o vapor de água está a transpirar das folhas. A adesão de moléculas de água às paredes dos vasos de xilema impede que a seiva escoe para baixo e para fora da planta através das raízes quando os estomas se fecham e a tensão produzida pela transpiração cessa.

As plantas adquirem água e nutrientes da terra, mas requerem estas substâncias mesmo em tecidos distantes. Como as plantas transportam estas substâncias contra a força da gravidade? Água e minerais dissolvidos entram na planta através da raiz permeável de células ciliadas na epiderme e viajam para o xilema, onde o fluido é chamado de seiva do xilema.

A seiva do xilema é distribuída a partir das raízes para o resto da planta através de um fluxo em massa, uma pressão orientada pelo movimento do líquido em longas distâncias, através de células transportadoras especializados no xilema. As traqueídes e elementos de vasos funcionam como um sistema de tubos flexíveis. Suas células carecem de citoplasma e organelos e têm paredes celulares impermeáveis, lignificadas, o que impede que a seiva do xilema vaze.

O mecanismo primário que puxa a seiva do xilema através da planta é a transpiração das folhas. O espaço aéreo entre as células mesófilas nas folhas fica saturado com vapor de água durante o processo de fotossíntese e respiração celular. O ar fora da planta é mais seco do que o ar dentro das folhas.

Quando os estomas são abertos, o vapor de água se difunde ao longo de seu gradiente de concentração, viajando em bolsas de ar húmidas dentro da folha para a atmosfera fora da planta. Uma película de água líquida adere à parede da célula de cada célula mesófila, facilitando a troca gasosa durante a fotossíntese e a respiração celular. Quando sai vapor de água através dos estomas, algo da água líquida evapora, gerando tensão que puxa a água das veias da folha para as células mesófilas para reabastecer o tecido.

A pressão negativa nas veias foliares então puxa a seiva do xilema para longe das raízes, subindo pelo caule, e para as folhas, transportando água e minerais para toda a planta.