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34.11: Aquisição de Água e Minerais
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Water and Mineral Acquisition
 
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34.11: Water and Mineral Acquisition

34.11: Aquisição de Água e Minerais

Specialized tissues in plant roots have evolved to capture water, minerals, and some ions from the soil. Roots exhibit a variety of branching patterns that facilitate this process. The outermost root cells have specialized structures called root hairs that increase the root surface, thus increasing soil contact. Water can passively cross into roots, as the concentration of water in the soil is higher than that of the root tissue. Minerals, in contrast, are actively transported into root cells.

Soil has a negative charge, so positive ions tend to remain attached to soil particles. To circumvent this, roots pump carbon dioxide into the soil, which spontaneously breaks down, releasing positively charged protons (H+) into the soil. These protons displace soil-associated positively charged ions that are available to be pumped into the root tissue, a process called cation exchange. Negatively charged anions exploit the tendency of H+ ions to diffuse down their concentration gradient and back into root cells using co-transport: ions like Cl- are cotransported into the root tissue in association with H+ ions.

Molecules can travel into the core of the root tissue, called the stele, by two routes. Apoplastic transport is the movement of molecules in the spaces created between the continuous cell walls of neighboring cells and their corresponding membranes. In contrast, symplastic transport is the movement of molecules through the cytoplasm of plant cells, which utilizes cellular junctions called plasmodesmata, which allow the free cytoplasmic passage of molecules between adjacent cells. In order to enter the stele, molecules must move into the symplast, as Casparian strips located in the root's endodermis prevent passage of solutes in the apoplast from entering the stele. Therefore, in order to enter into the symplast, solutes must pass through a cell's semipermeable membrane, protecting cells from toxic or unwanted molecules from the soil.

Tecidos especializados nas raízes vegetais evoluíram para captar água, minerais e alguns iões do solo. As raízes exibem uma variedade de padrões ramificados que facilitam esse processo. As células radiculares mais externas possuem estruturas especializadas chamadas pêlos radiculares que aumentam a superfície radicular, aumentando assim o contato com o solo. A água pode atravessar passivamente para as raízes, já que a concentração de água no solo é maior do que a do tecido radicular. Os minerais, em contraste, são transportados ativamente para células radiculares.

O solo tem uma carga negativa, pelo que iões positivos tendem a permanecer ligados às partículas do solo. Para contornar isso, as raízes bombeiam dióxido de carbono para o solo, que se quebra espontaneamente, libertando protões carregados positivamente (H+) no solo. Esses protões deslocam iões carregados positivamente associados ao solo que estão disponíveis para serem bombeados para o tecido radicular, um processo chamado troca de catiões. Aniões carregados negativamente exploram a tendência dos iões H+ para difundirem para baixo do seu gradiente de concentração e de volta para células radiculares usando cotransporte: iões como Cl- são cotransportados para o tecido da raiz associados a iões H+.

Moléculas podem viajar para o núcleo do tecido radicular, chamado de estela, por duas vias. O transporte apoplástico é o movimento das moléculas nos espaços criados entre as paredes celulares contínuas das células vizinhas e as suas membranas correspondentes. Em contraste, o transporte simplástico é o movimento das moléculas através do citoplasma das células vegetais, que utiliza junções celulares chamadas plasmodesmos, que permitem a passagem citoplasmática livre de moléculas entre células adjacentes. Para entrar na estela, as moléculas devem mover-se para o simplasto, uma vez que as bandas de Caspari localizadas na endoderme da raiz impedem a passagem de solutos do apoplasto de entrarem na estela. Portanto, para entrarem no simplasto, os solutos devem passar pela membrana semipermeável de uma célula, protegendo as células de moléculas tóxicas ou indesejadas do solo.


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