Transpiración
Proceso del agua que se mueve a través de las partes de una planta.
Descripción general de la transpiración:
  1. El agua se transporta pasivamente a las raíces y luego al xilema .
  2. Las fuerzas de cohesión y adhesión hacen que las moléculas de agua formen una columna en el xilema.
  3. El agua pasa del xilema a las células del mesófilo, se evapora de sus superficies y sale de la planta por difusión a través de los estomas.
Transpiración del agua en el xilema
Estoma en una hoja de tomate mostrado a través de un microscopio electrónico de barrido coloreado
Las nubes en esta imagen de la selva amazónica son el resultado de la evapotranspiración .

La transpiración es el proceso de movimiento del agua a través de una planta y su evaporación de las partes aéreas, como las hojas , los tallos y las flores . Es un proceso pasivo que no requiere gasto de energía por parte de la planta. [1] La transpiración también enfría las plantas, cambia la presión osmótica de las células y permite el flujo de masa de nutrientes minerales . Cuando la absorción de agua por las raíces es menor que el agua que se pierde a la atmósfera por evaporación, las plantas cierran pequeños poros llamados estomas para disminuir la pérdida de agua, lo que ralentiza la absorción de nutrientes y disminuye la absorción de CO 2 de la atmósfera, lo que limita los procesos metabólicos, la fotosíntesis y el crecimiento. [2]

Absorción de agua y nutrientes

El agua es necesaria para las plantas, pero sólo una pequeña cantidad de agua absorbida por las raíces se utiliza para el crecimiento y el metabolismo. El 97-99,5% restante se pierde por transpiración y gutación . [3] El agua con cualquier nutriente mineral disuelto es absorbida por las raíces por ósmosis , que viaja a través del xilema mediante la adhesión y cohesión de las moléculas de agua hacia el follaje y hacia afuera por pequeños poros llamados estomas (en singular, "estoma"). [4] Los estomas están bordeados por células de guarda y sus células accesorias estomáticas (conocidas en conjunto como complejo estomático) que abren y cierran el poro. [5] La teoría de la cohesión-tensión explica cómo las hojas atraen el agua a través del xilema. Las moléculas de agua se adhieren entre sí o exhiben cohesión. A medida que una molécula de agua se evapora de la superficie de la hoja, atrae a la molécula de agua adyacente, creando un flujo de agua continuo a través de la planta. [6]

Dos factores principales influyen en la tasa de flujo de agua desde el suelo hasta las raíces: la conductividad hidráulica del suelo y la magnitud del gradiente de presión a través del suelo. Ambos factores influyen en la tasa de flujo masivo de agua que se mueve desde las raíces hasta los poros estomáticos en las hojas a través del xilema. [7] El flujo másico de agua líquida desde las raíces hasta las hojas es impulsado en parte por la acción capilar , pero impulsado principalmente por diferencias de potencial hídrico . Si el potencial hídrico en el aire ambiente es menor que el del espacio aéreo de la hoja del poro estomático, el vapor de agua viajará a favor del gradiente y se moverá desde el espacio aéreo de la hoja hasta la atmósfera. Este movimiento reduce el potencial hídrico en el espacio aéreo de la hoja y causa la evaporación del agua líquida de las paredes celulares del mesófilo. Esta evaporación aumenta la tensión en los meniscos de agua en las paredes celulares y disminuye su radio, ejerciendo así tensión en el agua de las células. Debido a las propiedades cohesivas del agua, la tensión viaja a través de las células de las hojas hasta el xilema de las hojas y del tallo, donde se crea una presión negativa momentánea a medida que el agua es succionada por el xilema desde las raíces. [8] En plantas y árboles más altos, la fuerza de la gravedad que atrae el agua hacia el interior solo se puede superar mediante la disminución de la presión hidrostática en las partes superiores de las plantas debido a la difusión del agua fuera de los estomas hacia la atmósfera . [3]

Etimología

Podemos ver la historia de la palabra transpiración cuando la descomponemos en trans, una preposición latina que significa "a través", y spiration, que proviene del verbo latino spīrāre, que significa "respirar". El sufijo de movimiento agrega el significado de "el acto de", por lo que podemos ver que transpiración es, literalmente, "el ACTO de respirar a través", que identifica claramente la emisión de vapor de las hojas de las plantas.

Acción capilar

La acción capilar es el proceso por el cual un líquido fluye en espacios estrechos sin la ayuda de fuerzas externas como la gravedad o incluso en oposición a ellas. El efecto se puede observar en la aspiración de líquidos entre las cerdas de un pincel, en un tubo delgado, en materiales porosos como el papel y el yeso, en algunos materiales no porosos como la arena y la fibra de carbono licuada , o en una célula biológica . Se produce debido a las fuerzas intermoleculares entre el líquido y las superficies sólidas circundantes. Si el diámetro del tubo es lo suficientemente pequeño, entonces la combinación de la tensión superficial (que es causada por la cohesión dentro del líquido) y las fuerzas adhesivas entre el líquido y la pared del recipiente actúan para impulsar el líquido. [ cita requerida ]

Regulación

Las plantas regulan la tasa de transpiración controlando el tamaño de las aberturas estomáticas. La tasa de transpiración también está influenciada por la demanda evaporativa de la atmósfera que rodea la hoja, como la conductancia de la capa límite, la humedad , la temperatura , el viento y la luz solar incidente. Junto con los factores superficiales, la temperatura y la humedad del suelo pueden influir en la apertura estomática [9] y, por lo tanto, en la tasa de transpiración. La cantidad de agua que pierde una planta también depende de su tamaño y de la cantidad de agua absorbida en las raíces. Los factores que afectan la absorción de agua por las raíces incluyen: contenido de humedad del suelo, fertilidad excesiva del suelo o contenido de sal, sistemas radiculares poco desarrollados y aquellos afectados por bacterias y hongos patógenos como Pythium o Rhizoctonia .

CaracterísticaEfecto sobre la transpiración
Número de hojasMás hojas (o espinas, u otros órganos fotosintéticos) significan una mayor superficie y más estomas para el intercambio gaseoso, lo que se traducirá en una mayor pérdida de agua.
Número de estomasMás estomas proporcionarán más poros para la transpiración.
Tamaño de la hojaUna hoja con una superficie mayor transpirará más rápido que una hoja con una superficie menor.
Presencia de cutícula vegetal.Una cutícula cerosa es relativamente impermeable al agua y al vapor de agua y reduce la evaporación de la superficie de la planta, excepto a través de los estomas. Una cutícula reflectante reducirá el calentamiento solar y el aumento de temperatura de la hoja, lo que ayudará a reducir la tasa de evaporación. Las pequeñas estructuras similares a pelos llamadas tricomas en la superficie de las hojas también pueden inhibir la pérdida de agua al crear un entorno de alta humedad en la superficie de las hojas. Estos son algunos ejemplos de las adaptaciones de las plantas para la conservación del agua que se pueden encontrar en muchas xerófitas .
Suministro de luzLa tasa de transpiración está controlada por la apertura de los estomas, y estos pequeños poros se abren especialmente para la fotosíntesis. Si bien existen excepciones a esto (como la fotosíntesis nocturna o CAM ), en general, un suministro de luz estimulará la apertura de los estomas.
TemperaturaLa temperatura afecta la velocidad de dos maneras:

1) Un aumento en la tasa de evaporación debido a un aumento de temperatura acelerará la pérdida de agua.
2) Una disminución de la humedad relativa fuera de la hoja aumentará el gradiente de potencial hídrico .

Humedad relativaUn entorno más seco produce un gradiente de potencial hídrico más pronunciado y, por tanto, aumenta la tasa de transpiración.
VientoEn condiciones de aire en calma, el agua que se pierde debido a la transpiración puede acumularse en forma de vapor cerca de la superficie de la hoja. Esto reducirá la tasa de pérdida de agua, ya que el gradiente de potencial hídrico desde el interior hacia el exterior de la hoja es ligeramente menor. El viento se lleva gran parte de este vapor de agua cerca de la superficie de la hoja, lo que hace que el gradiente de potencial sea más pronunciado y acelera la difusión de las moléculas de agua en el aire circundante. Sin embargo, incluso con viento, puede haber cierta acumulación de vapor de agua en una fina capa límite de aire de movimiento más lento junto a la superficie de la hoja. Cuanto más fuerte sea el viento, más delgada tenderá a ser esta capa y más pronunciado será el gradiente de potencial hídrico.
Abastecimiento de aguaEl estrés hídrico causado por el suministro restringido de agua del suelo puede provocar el cierre de los estomas y reducir las tasas de transpiración.
  • El efecto de la temperatura sobre la tasa de transpiración de las plantas.
    El efecto de la temperatura sobre la tasa de transpiración de las plantas.
  • El efecto de la velocidad del viento en la tasa de transpiración de las plantas.
    El efecto de la velocidad del viento en la tasa de transpiración de las plantas.
  • El efecto de la humedad sobre la tasa de transpiración de las plantas.
    El efecto de la humedad sobre la tasa de transpiración de las plantas.
Algunas plantas xerófitas reducen la superficie de sus hojas durante las deficiencias hídricas (izquierda). Si las temperaturas son lo suficientemente bajas y los niveles de agua son adecuados, las hojas se expanden nuevamente (derecha).

Durante una temporada de crecimiento, una hoja transpirará muchas veces más agua que su propio peso. Un acre de maíz emite alrededor de 3.000 a 4.000 galones (11.400 a 15.100 litros) de agua cada día, y un roble grande puede transpirar 40.000 galones (151.000 litros) por año. La tasa de transpiración es la relación entre la masa de agua transpirada y la masa de materia seca producida; la tasa de transpiración de los cultivos tiende a estar entre 200 y 1000 ( es decir , las plantas de cultivo transpiran de 200 a 1000 kg de agua por cada kg de materia seca producida). [10]

Las tasas de transpiración de las plantas se pueden medir mediante diversas técnicas, entre ellas potómetros , lisímetros , porómetros, sistemas de fotosíntesis y sensores termométricos de flujo de savia. Las mediciones de isótopos indican que la transpiración es el componente más importante de la evapotranspiración . [11] Evidencias recientes de un estudio global [12] de isótopos estables del agua muestran que el agua transpirada es isotópicamente diferente del agua subterránea y de los arroyos. Esto sugiere que el agua del suelo no está tan bien mezclada como se supone ampliamente. [13]

Las plantas del desierto tienen estructuras especialmente adaptadas, como cutículas gruesas , áreas foliares reducidas, estomas hundidos y pelos para reducir la transpiración y conservar el agua. Muchos cactus realizan la fotosíntesis en tallos suculentos , en lugar de hojas, por lo que la superficie del brote es muy baja. Muchas plantas del desierto tienen un tipo especial de fotosíntesis, denominada metabolismo ácido de las crasuláceas o fotosíntesis CAM, en la que los estomas se cierran durante el día y se abren por la noche, cuando la transpiración será menor. [14]

Cavitación

Para mantener el gradiente de presión necesario para que una planta se mantenga saludable, debe absorber agua continuamente con sus raíces. Necesitan poder satisfacer las demandas de agua perdida debido a la transpiración. Si una planta es incapaz de absorber suficiente agua para permanecer en equilibrio con la transpiración, ocurre un evento conocido como cavitación . [15] La cavitación es cuando la planta no puede suministrar a su xilema el agua adecuada, por lo que en lugar de llenarse de agua, el xilema comienza a llenarse de vapor de agua. Estas partículas de vapor de agua se unen y forman bloqueos dentro del xilema de la planta. Esto evita que la planta pueda transportar agua a través de su sistema vascular. [16] No hay un patrón aparente de dónde ocurre la cavitación a lo largo del xilema de la planta. Si no se trata de manera efectiva, la cavitación puede hacer que una planta alcance su punto de marchitamiento permanente y muera. Por lo tanto, la planta debe tener un método por el cual eliminar este bloqueo de cavitación, o debe crear una nueva conexión de tejido vascular en toda la planta. [17] La ​​planta hace esto cerrando sus estomas durante la noche, lo que detiene el flujo de transpiración. Esto permite que las raíces generen más de 0,05 mPa de presión, que es capaz de destruir el bloqueo y rellenar el xilema con agua, reconectando el sistema vascular. Si una planta no puede generar suficiente presión para erradicar el bloqueo, debe evitar que el bloqueo se propague con el uso de peras de hueso y luego crear nuevo xilema que pueda reconectar el sistema vascular de la planta. [18]

Los científicos han comenzado a utilizar imágenes por resonancia magnética (IRM) para monitorear el estado interno del xilema durante la transpiración, de una manera no invasiva. Este método de imágenes permite a los científicos visualizar el movimiento del agua a lo largo de toda la planta. También es capaz de ver en qué fase se encuentra el agua mientras está en el xilema, lo que hace posible visualizar los eventos de cavitación. Los científicos pudieron ver que en el transcurso de 20 horas de luz solar, más de 10 vasos del xilema comenzaron a llenarse de partículas de gas que se cavitaron. La tecnología de IRM también permitió ver el proceso por el cual se reparan estas estructuras del xilema en la planta. Después de tres horas en la oscuridad, se vio que el tejido vascular se reabastecía con agua líquida. Esto fue posible porque en la oscuridad los estomas de la planta están cerrados y la transpiración ya no ocurre. Cuando se detiene la transpiración, las burbujas de cavitación son destruidas por la presión generada por las raíces. Estas observaciones sugieren que las resonancias magnéticas son capaces de monitorear el estado funcional del xilema y permiten a los científicos ver eventos de cavitación por primera vez. [17]

Efectos sobre el medio ambiente

Enfriamiento

La transpiración enfría las plantas, ya que el agua que se evapora arrastra energía térmica debido a su gran calor latente de vaporización de 2260 kJ por litro.

El enfriamiento por transpiración es el enfriamiento que se produce cuando las plantas transpiran agua. El exceso de calor generado por la radiación solar es perjudicial para las células de las plantas y el daño térmico se produce durante la sequía o cuando hay una transpiración rápida que produce marchitamiento. [19] La vegetación verde contribuye a moderar el clima al ser más fresca que la tierra desnuda adyacente o las áreas construidas. A medida que las hojas de las plantas transpiran, utilizan energía para evaporar agua, que se acumula en un volumen enorme a nivel mundial todos los días.

Un árbol individual puede transpirar cientos de litros de agua por día. Por cada 100 litros de agua transpirados, el árbol se enfría 70 kWh. [20] [21] Los efectos de isla de calor urbana pueden atribuirse a la sustitución de la vegetación por superficies construidas. Las áreas deforestadas revelan una temperatura más alta que el bosque intacto adyacente. Los bosques y otros ecosistemas naturales apoyan la estabilización del clima.

El presupuesto energético de la Tierra revela vías para mitigar el cambio climático utilizando nuestro conocimiento de la eficacia de cómo se enfrían las plantas.

Véase también

Wikisource tiene el texto del artículo " Transpiración " de la Nueva Enciclopedia Internacional de 1905 .

Referencias

  1. ^ Reddy, SM (2007). Botánica universitaria- Iii: (Taxonomía vegetal, embriología vegetal, fisiología vegetal). New Age International. ISBN 978-81-224-1547-6.
  2. ^ Runkle, Erik (septiembre de 2023). "La importancia de la transpiración". GPN Green House Product News . 33 (9): 12–13.
  3. ^ ab Sinha, Rajiv Kumar (2004). Fisiología vegetal moderna. CRC Press. ISBN 978-0-8493-1714-9.
  4. ^ Bhattacharya, A. (25 de febrero de 2022). Procesos fisiológicos en plantas bajo estrés por bajas temperaturas. Springer Nature. ISBN 978-981-16-9037-2.
  5. ^ Cummins, Benjamin (2007). Ciencias biológicas (3.ª ed.). Freeman, Scott. pág. 215.
  6. ^ Graham, Linda E. (2006). Biología vegetal . Upper Saddle River, Nueva Jersey, EE. UU.: Pearson Education, Inc., págs. 200-202. ISBN 0-13-146906-1.
  7. ^ Taiz, Lincoln (2015). Fisiología y desarrollo de las plantas . Sunderland, Massachusetts, EE. UU.: Sinauer Associates, Inc., pág. 101. ISBN 978-1-60535-255-8.
  8. ^ Freeman, Scott; Quillin, Kim; Allison, Lizabeth (2014). Ciencias biológicas: la célula, la genética y el desarrollo . Boston, Massachusetts, EE. UU.: Pearson. pp. 765–766. ISBN 978-0-321-74367-1.
  9. ^ Mellander, Per-Erik; Bishop, Kevin; Lundmark, Tomas (28 de junio de 2004). "La influencia de la temperatura del suelo en la transpiración: una manipulación a escala de parcela en una masa joven de pino silvestre". Ecología y gestión forestal . 195 (1): 15–28. doi :10.1016/j.foreco.2004.02.051. ISSN  0378-1127.
  10. ^ Martin, J.; Leonard, W.; Stamp, D. (1976), Principios de producción de cultivos de campo (3.ª ed.), Nueva York: Macmillan Publishing Co., ISBN 978-0-02-376720-3
  11. ^ Jasechko, Scott; Sharp, Zachary D.; Gibson, John J.; Birks, S. Jean; Yi, Yi; Fawcett, Peter J. (3 de abril de 2013). "Flujos de agua terrestre dominados por la transpiración". Nature . 496 (7445): 347–50. Bibcode :2013Natur.496..347J. doi :10.1038/nature11983. PMID  23552893. S2CID  4371468.
  12. ^ Evaristo, Jaivime; Jasechko, Scott; McDonnell, Jeffrey J. (3 de septiembre de 2015). "Separación global de la transpiración de las plantas de las aguas subterráneas y el caudal de los ríos". Nature . 525 (7567): 91–94. Bibcode :2015Natur.525...91E. doi :10.1038/nature14983. ISSN  0028-0836. PMID  26333467. S2CID  4467297.
  13. ^ Bowen, Gabriel (3 de septiembre de 2015). "Hidrología: la economía diversificada del agua del suelo". Nature . 525 (7567): 43–44. Bibcode :2015Natur.525...43B. doi :10.1038/525043a. ISSN  0028-0836. PMID  26333464. S2CID  205086035.
  14. ^ Ingram, David S.; Vince-Prue, Daphne; Gregory, Peter J. (15 de abril de 2008). La ciencia y el jardín: la base científica de la práctica hortícola. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-99533-4.
  15. ^ Zhang, Yong-Jiang (diciembre de 2016). "Colapso reversible del xilema de las hojas: un posible "disyuntor" contra la cavitación". Fisiología vegetal . 172 (4): 2261–2274. doi :10.1104/pp.16.01191. PMC 5129713 . PMID  27733514. 
  16. ^ Hochberg, Uri (junio de 2017). "El cierre estomático, la embolia de las hojas basales y el desprendimiento protegen la integridad hidráulica de los tallos de la uva". Fisiología vegetal . 174 (2): 764–775. doi :10.1104/pp.16.01816. PMC 5462014 . PMID  28351909. 
  17. ^ ab Holbrook, Michele (mayo de 2001). "Observación in vivo de la cavitación y la reparación de la embolia mediante imágenes por resonancia magnética". Fisiología vegetal . 126 (1): 27–31. doi :10.1104/pp.126.1.27. PMC 1540104 . PMID  11351066. 
  18. ^ Tiaz, Lincoln (2015). Fisiología y desarrollo de las plantas . Massachusetts: Sinauer Associates, Inc., pág. 63. ISBN 978-1605352558.
  19. ^ Forbes, James C.; Watson, Drennan (20 de agosto de 1992). Plantas en la agricultura. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-42791-3.
  20. ^ Ellison, David; Morris, Cindy E.; Locatelli, Bruno; Sheil, Douglas; Cohen, Jane; Murdiyarso, Daniel; Gutiérrez, Victoria; Noordwijk, Meine van; Credo, Irena F.; Pokorny, enero; Gaveau, David; Spracklen, Dominick V.; Tobella, Aída Bargués; Ilstedt, Ulrik; Teuling, Adriaan J. (1 de marzo de 2017). "Árboles, bosques y agua: ideas interesantes para un mundo caliente". Cambio ambiental global . 43 : 51–61. doi : 10.1016/j.gloenvcha.2017.01.002 . ISSN  0959-3780.
  21. ^ Pokorny, Jan (1 de enero de 2019), "Evapotranspiración☆", en Fath, Brian (ed.), Enciclopedia de ecología (segunda edición) , Oxford: Elsevier, págs. 292–303, ISBN 978-0-444-64130-4, consultado el 21 de noviembre de 2022
  • USGS El ciclo del agua: evapotranspiración
Obtenido de "https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Transpiración&oldid=1247347117"