Assorbimento e trasporto dell’acqua e dei soluti all’interno delle piante

Questo intervento riguarderà l’assorbimento ed il trasporto di acqua e soluti attraverso la pianta.

Le piante sono costituite da una parte ipogea, che sta sotto terra, ovvero le radici ed una parte epigea, che sta all’aperto, fuori dalla terra, ovvero fusto e foglie. L’apparato radicale ha il compito di assorbire l’acqua e i sali minerali necessari alla pianta e grazie alla presenza di uno speciale tessuto conduttore, lo xilema, vengono trasportati a tutta la pianta. Come avviene questo assorbimento, e come lo spostamento? Dobbiamo innanzitutto sapere che l’acqua e le soluzioni acquose possono essere descritte in base al potenziale idrico (potenziale chimico dell’acqua)

Ψw = ψ_s + ψ_g + ψ_p

Il potenziale idrico viene definito come l’energia libera associata all’acqua (l’energia libera è l’energia potenziale utile per compiere un lavoro ed è importante sapere che è sempre definito come differenza tra l’acqua in un determinato stato e l’acqua in condizioni standard) ed è definito da tre variabili:

ψ_s: è la componente riguardante i soluti; i soluti abbassano l’energia libera dell’acqua.

Ψ_g: è la componente riguardante la gravità, dipende dalla differenza di altezza, dalla densità dell’acqua e dall’accelerazione di gravità

ψ_p: è la componente della pressione idrostatica

L’acqua tende a muoversi spontaneamente da zone a potenziale idrico più alto, verso zone a potenziale idrico più basso. Se si volesse farla muovere contrariamente, occorrerebbe un input di energia.
Bene, dopo questa tiritera, è giusto far notare che nel suolo è presente una quantità d’acqua variabile, e quest’acqua generalmente contiene una bassa concentrazione di soluti, ha quindi lo ψ_s prossimo allo zero, e il suo ψ_p varia a seconda della quantità d’acqua del suolo, più acqua ci sarà tanto più lo ψ_p sarà alto, al contrario sarà basso se ci sarà meno acqua. Questo fatto è espresso dall’equazione ψ_p= -2T/r dove T è la tensione superficiale dell’acqua, e r è il raggio delle curvature, delle “pieghe” (chiamate menischi) che la pellicola d’acqua presente nel terreno forma aderendo con le particelle dello stesso. Se c’è poca acqua, le curvature diminuiranno di dimensione, e la pressione idrostatica diminuirà, assumerà valori sempre più negativi. Questo farà diminuire complessivamente il potenziale idrico. Ebbene, quando le radici assorbono acqua, il potenziale idrico nel terreno circostante la radice diminuisce, e questo genera un gradiente di potenziale nei confronti delle zone adiacenti con lo Ψw maggiore. L’acqua pertanto fluirà spontaneamente verso la radice, che di solito ha un potenziale idrico ancora minore, la quale l’assorbirà; l’acqua all’interno della radice, si può muovere con diverse vie, o passando dal citoplasma di una una cellula a quello di un’altra (via simplastica) o passando tra una cellula e l’altra, attraverso le pareti cellulari (via apoplastica); esiste una via intermedia, detta via transmembrana, che vede l’acqua entrare in una cellula, riuscire ed entrare in quella successiva. Tutti questi spostamenti sono possibili grazie a proteine di membrana che permettono lo spostamento. In un modo o nell’altro, l’acqua giunge allo xilema, composto da cellule cave (hanno solo una parete cellulare ispessita, ma sono prive di citosol) che formano un sistema di tubi, sempre seguendo il gradiente di potenziale idrico (nello xilema lo Ψw è basso, questo richiama quindi acqua.)

lo xilema percorre tutta la lunghezza della pianta, perché l’acqua deve essere trasportata ovunque. Come viene spinta fino in cima? Le piante possono essere alte decine di metri, come fa l’acqua ad essere trasportata fin lassù? Possiamo escludere il trasporto attivo, quello cioè che avviene con dispendio di ATP, sarebbe troppo costoso, e la natura quando può economizza. Ebbene, l’acqua segue sempre il gradiente di pressione. Nelle foglie, infatti, lo xilema si ramifica per raggiungere ogni singola cellula. Le cellule del mesofillo, che è il tessuto fotosintetico della foglia, sono rivestite da una pellicola d’acqua che aderisce alle pareti cellulari cellulosiche. Grazie alla traspirazione, ovvero alla perdita di acqua delle foglie per evaporazione (solo se gli stomi sono aperti), si genera un ψ_p piuttosto negativo come avviene nel terreno (vedi sopra); questo genera una differenza di pressione tra lo xilema radicale e quello fogliare, generando un flusso d’acqua dalle radici alle foglie.

Se notate degli errori, incongruenze, se avete precisazioni se volete spiegazioni (per quanto io non sia un luminare), non esitate ad esprimervi!

M. C. (Caronte)