Se estima que cada año, más de 40 billones de toneladas de agua se mueven a través de las hojas de las plantas. Las plantas toman agua, que se mueve a través de la planta, y luego parte de ella se evapora en la superficie de la hoja. La hidráulica de toda la planta es un sistema poco estudiado a pesar de su importancia en el funcionamiento de la planta y la resistencia a la sequía.

Dr. Shi-Dan Zhu y Yong-Qiang Wang de la Universidad de Guangxi y colegas del Jardín Botánico del Sur de China investigaron las relaciones entre la biomecánica de la hoja (p. ej., grosor, fuerza para perforar), estructural (p. ej., densidad de las venas) y la conductancia hidráulica de la hoja de 30 especies leñosas subtropicales.

Los investigadores encontró resistencia biomecánica correlacionada con la seguridad hidráulica y la conductancia hidráulica de la hoja fuera del xilema, pero no con las características anatómicas de la hoja. Estos hallazgos son sorprendentes ya que van en contra de la regla que se pensaba anteriormente, "cuanto más grandes y duras son las hojas, más resistentes son las hojas contra el riesgo hidráulico de la hoja (por ejemplo, el marchitamiento debido a la sequía)".

Primero, la anatomía de las plantas viene con su propio vocabulario. A continuación se muestra una breve descripción de algunos términos relacionados con la hidráulica.

Conductancia hidráulica de la hoja (K_hoja) es una medida de la eficiencia con la que se transporta el agua a través de la hoja, determinada como la relación entre el caudal de agua (F_hoja) a través de la hoja. La conductancia hidráulica de la hoja varía más de 65 veces entre especies, lo que refleja la diversidad del pecíolo y la anatomía de la hoja de diferentes plantas. Los botánicos pueden utilizar el margen de seguridad hidráulica (HSM) para evaluar el grado de riesgo hidráulico (p. ej., marchitamiento debido a la sequía) para una especie. HSM se define como la diferencia entre el potencial hídrico mínimo y el potencial hídrico que provoca una pérdida del 50% de la conductividad hidráulica. Los científicos cuantifican la resistencia biomecánica de la hoja (LBR) en términos de la fuerza de la hoja para perforar (F_p) y fuerza para rasgar (F_t) por unidad de longitud de fractura o por unidad de ancho, que reflejan la resistencia estructural y material de las hojas contra los herbívoros y el daño físico. En las hojas y raíces, el agua se mueve a través de ambos el xilema y células vivas fuera del xilema.

Zhu, Wang y colegas recolectaron muestras de plantas de 30 especies leñosas alrededor del Estación de investigación del ecosistema forestal de Dinghushan en China para investigar las relaciones entre la resistencia biomecánica de la hoja, la conductancia hidráulica de la hoja y la anatomía de la hoja.

Hay una diferencia significativa en la precipitación entre las estaciones seca y húmeda en esta área. El equipo midió el potencial hídrico mínimo de la hoja en la estación seca mientras midió todas las demás características (p. ej., fuerza para rasgar, fuerza para perforar, masa foliar por unidad de área, densidad de las venas, potencial hídrico foliar, K_hoja) en la estación húmeda.

Zhu, Wang y sus colegas encontraron una compensación entre la eficiencia hidráulica y la seguridad de las hojas entre las especies de plantas leñosas muestreadas. Las especies con mayor resistencia biomecánica de la hoja (LBR; más resistente al punzonado y al desgarro) tenían mayor seguridad hidráulica de la hoja, pero la conductancia hidráulica de la hoja (K_hoja; eficiencia del caudal de agua) no se correlacionó con LBR.

“Los hallazgos de este estudio brindan información sobre las relaciones entre biomecánica, seguridad, eficiencia y elasticidad en las hojas”, escriben Zhu, Wang y sus colegas.

Si bien no hubo una correlación general entre la resistencia biomecánica y la conductancia hidráulica de la hoja en el xilema (p. ej., a través de las venas), hubo una correlación fuera del xilema (p. ej., los espacios de aire intercelulares). Fue sólo recientemente que los investigadores se dieron cuenta de la importancia de la conductancia hidráulica fuera del xilema, especialmente cuando se trata de la respuesta a la sequía. Durante la sequía, la conductancia hidráulica de la hoja disminuye principalmente debido a la pérdida de turgencia del mesófilo y al colapso de los conductos de las venas menores. Una vez que el estado del agua cae por debajo de un umbral crítico, las hojas se dañan y envejecen debido a una disfunción hidráulica.

"Por lo tanto, se debe centrar más atención en las vías de las hojas fuera del xilema con respecto a la determinación de la correlación entre la hidráulica de la hoja y la biomecánica en más especies y biomas", recomiendan los investigadores.

Este estudio destaca la necesidad de la ciencia básica y cuánto aún no entendemos sobre la hidráulica de las plantas.