NUTRICIÓN VEGETAL Casi toda la materia orgánica se sintetiza a partir de CO 2 y H 2 O mediante el proceso fotosintético. Las plantas toman de la atmósfera que las rodea: CO 2 (0,003 % v/v) O 2 (21% v/v) N 2 (78% v/v) Vapor de agua. Los minerales y el agua son absorbidos primeramente del suelo a través del sistema radical; aunque bajo condiciones de sequía el agua de la niebla y el rocío pueden entrar a la planta a través de las hojas.
CANTIDAD DE LAS PLANTAS FORMA U ORGANO % DE AGUA HERBÁCEAS 80-90% LEÑOSAS 50% CITOPLASMA 85-90% RAÍCES 71-93% TALLOS 48-94% HOJAS 77-98% FRUTOS 84-94% SEMILLAS 5-11% MADERA FRESCA 85%
Si se elimina toda el agua de una planta y se determina luego su peso (peso seco de la planta), este corresponde a los compuestos orgánicos, elementos minerales y sus óxidos: nutrientes orgánicos (90 y 95% del PS de la planta -C, H, O, N obtenidos de la atmósfera y agua del suelo) Nutrientes inorgánicos (restante 10 o 5% -fracción mineral).
La planta requiere de muchos elementos para cumplir su ciclo de vida, pero algunos de estos son vitales para el desarrollo y crecimiento de la planta. (Son esenciales) Para poder ser denominados esenciales deben cumplir los siguientes criterios: 1. Un elemento es esencial si la deficiencia del elemento impide que la planta complete su ciclo vital. 2. Para que un elemento sea esencial, este no se puede reemplazar por otro elemento con propiedades similares. 3. El elemento debe participar directamente en el metabolismo de la planta.
El contenido mineral de los tejidos vegetales Es variable y depende de: El tipo de planta De las condiciones climáticas prevalecientes durante el período de crecimiento De la composición química del medio De la edad del tejido
ELEMENTOS MINERALES Se clasifican en: Macroelementos constituyen aproximadamente el 99,5% de la materia seca. Microelementos forman cerca del 0,03%. Los elementos esenciales de las plantas superiores son 17, aunque la esencialidad del níquel, el sodio y el silicio se restringen a ciertos grupos de plantas.
Níquel
LOS MACRONUTRIENTES Son requeridos por las plantas en grandes concentraciones Se han establecido nueve elementos (C, O, H, N, Ca, K, S, P y Mg) En su mayoría son captados del suelo El O 2 y el CO 2 del aire y el H 2 O es absorbida por las raíces generalmente del suelo.
LOS MICROELEMENTOS (oligonutrientes) Las plantas utilizan en su nutrición pequeñas cantidades (0,01 a 0,5 ppm) de ciertos elementos. Se consideran ocho microelementos (B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni y Zn). Actúan como activadores de muchas enzimas esenciales En cantidades elevadas producen toxicidad Se clasifican en: -aniónicos (B, Cl y Mo) -catiónicos (Zn, Fe, Cu, Mn y Ni)
Elementos Benéficos Además de los 17 elementos esenciales, las plantas requieren de algunos nutrientes adicionales (Na, Si, Co, Al, Se, Ti, V, I, Cs y La) No son necesarios para la mayoría de las plantas, por lo que no se definen como esenciales sino como benéficos. Algunos de ellos pueden sustituir en algún grado la falta de otro elemento esencial (Na + ) Aumentan la tolerancia en la absorción de algún elemento como el Si frente a las concentraciones elevadas de Mn o Fe.
Funciones más importantes de los nutrientes inorgánicos en las plantas. ( Taiz y Zeiger 1998) MACRO- ELEM FORMA PRINCIPAL EN QUE ES ABSORBIDO CONCENTRACIÓ N USUAL EN PLANTAS SANAS (% PS) FUNCIONES PRINCIPALES Carbono. CO 2 44 % Componente de compuestos orgánicos. Oxígeno H 2 O u O 2 44 % Componente de compuestos orgánicos. Hidrógeno H 2 O 6 % Componente de compuestos orgánicos. Nitrógeno NO 3- o NH + 4 1-4 % Aminoácidos, proteínas, nucleótidos, ácidos nucleicos, clorofila y coenzimas. Potasio K+ 0,5-6 % Enzimas, aminoácidos, y síntesis de proteínas. Calcio Ca 2+ 0,2-3,5 % Calcio de las paredes celulares. Fósforo H 2 PO 2 - o HPO 42-0,1-0,8 % Formación de compuestos fosfatados de alta energía (ATP y ADP). Ácidos nucleicos. Fosforilación de azúcares. Varios coenzimas esenciales. Fosfolípidos. Magnesio Mg 2+ 0,1-0,8 % Parte de la molécula de clorofila. Activador de muchas enzimas. Azufre SO 4 2-0,05-1 % Algunos aminoácidos y proteínas.
Funciones más importantes de los nutrientes inorgánicos en las plantas. ( Taiz y Zeiger 1998) MICRO- ELEMENTO FORMA PRIN-CIPAL EN QUE ES ABSORBIDO CONCENTRACIÓN USUAL EN PLANTAS SANAS (% PS) FUNCIONES PRINCIPALES Hierro Fe 2+ o Fe 3+ 25-300 ppm Síntesis de clorofila, citocromos y nitrogenasa. Cloro Cl - 100-10.000 ppm Ósmosis y equilibrio iónico, probable-mente esencial en reacciones fotosinté-ticas que producen oxígeno. Cobre Cu 2+ 4-30 ppm Activador de ciertas enzimas. Manganeso Mn 2+ 15-800 ppm Activador de ciertas enzimas. Zinc Zn 2+ 15-100 ppm Activador de ciertas enzimas. Molibdeno MoO 2-4 0,1-5,9 ppm Fijación del nitrógeno. Reducción del nitrato. Níquel Ni 2+ 0.1 ppm Metabolismo de ureidos (síntesis bases púricas) Boro BO 3- o B 4 O 7 2-5 - 75 ppm Influye en la utilización del calcio.
Funciones más importantes de los nutrientes inorgánicos en las plantas. ( Taiz y Zeiger 1998) ELEMENTO BENEFICIOSOS FORMA PRINCIPAL DE ABSORCIÓN CONCENTRACIÓN USUAL EN PLAN- TAS SANAS(% PS) FUNCIONES PRINCIPALES Cobalto Co 2+ Trazas Requerido por microorganismos que fijan el nitrógeno. Sodio Na + Trazas Equilibrio osmótico y iónico, probablemente no es esencial para muchas plantas. Requerido por algunas especies del desierto y marismas. Puede ser necesario en todas las plantas que utilizan fotosíntesis C 4. Si SiO 2. nh 2 O 1 2% maíz 16% Equisetum Aumenta impermeabilidad de las paredes celulares Protección contra patógenos Al Al 3+ Trazas En concentraciones bajas reduce toxicidad por exceso de Ca, Mg o P Se Se Hasta 0,5% en algunas plantas Tóxico. Desplaza al aluminio Ti Ti Trazas Aumenta absorción de nutrientes en Capsicum annuum Activa de pigmentso fotosintéticos Yodo y Vanadio Cerio y Lantano I, V ce y La Trazas Trazas Otras especies Fertilizante foliar en China
La disponibilidad de los nutrientes esta muy relacionada con la absorción (suelo-raíz) y la movilidad de los elementos en la planta. Clasificación de los elementos minerales según su movilidad en el interior de la planta y su tendencia a ser translocado Móvil Nitrógeno Potasio Magnesio Fósforo Cloro Sodio Zinc Molibdeno Inmóvil Calcio Azufre Hierro Boro Cobre
DEFICIENCIA DE LOS NUTRIENTES ESENCIALES La deficiencia de alguno de los nutrientes esenciales causa una disminución en el metabolismo eficiente, el crecimiento y el desarrollo de la planta. Si se presentan síntomas agudos de deficiencia de un nutriente, es importante conocer: Si el elemento esta presente y disponible en el suelo Si se recicla (hojas viejas a jóvenes). Si un elemento es inmóvil la deficiencia aparece primero en hojas jóvenes, mientras que si es móvil se observa en hojas viejas.
ABSORCIÓN Y TRANSPORTE DE NUTRIENTES MINERALES La absorción y transporte de los nutrientes mineral de las plantas involucra varios procesos dinámicos interrelacionados. -Paso de los minerales de la fase sólida a la solución del suelo -Movilización de estos a la raíz para su absorción -Transporte a los diferentes órganos de la planta para su uso.
La entrada de iones (elementos) hacia la célula Se da por: Transporte pasivo o difusivo: 1. Se da en una relación cercana al equilibrio 2. Se mueve a favor a favor de gradiente de concentración 3. Las células vivas no emplean energía metabólica para permitir la entrada del ión (ATP). Transporte activo: 1. Se da por encima o debajo del equilibrio 2. Se mueve en contra de gradiente de concentración 3. Las células vivas emplean energía metabólica para permitir la entrada del ión (ATP).
TRANSPORTE DE NUTRIENTES Los nutrientes en el suelo. Es la principal fuente de nutrientes y el sustrato en donde crecen las plantas. Las partículas del suelo son: Arcillas (principalmente) Humus (MO). Materiales inorgánicos (minerales) procedentes de la degradación de rocas Agua Aire
El papel de los pelos radicales en el incremento de la superficie de intercambio del agua y los nutrientes minerales en el suelo.
La absorción radical Depende de varios factores. Factores endógenos: El crecimiento de la raíz que permite explorar nuevos volúmenes de suelo y la presencia de micorrizas (asociación mutualista con hongos), que le ayudan en la absorción de agua y de algunos nutrientes, especialmente P. Factores exógenos: El ph del suelo tiene un factor relevante en la formación, movilización y disponibilidad de los nutrientes minerales; así como en las condiciones para la vida en el suelo. -
Disponibilidad de los nutrientes según el ph del suelo
Temperatura del suelo El aumento de temperatura acelera la absorción de nutrientes hasta un límite máximo, a partir de ahí decae por desnaturalización de las proteínas directa o indirectamente en la absorción. Los cambios de temperatura en el suelo son lentos debido a que el calor se mueve por conducción, generando que el suelo actúe como un estabilizador climático. En los suelos tropicales la temperatura es más estable que en el de las zonas templadas. El agua Es el medio por el cual se mueven los minerales en la rizósfera, en el espacio que rodea a la raíz y dentro de los tejidos. Bajo condiciones de déficit hídrico se reduce la absorción de nutrientes por la raíz, debido a que disminuye la tasa de transpiración (cierre de estomas).
El exceso de agua genera una reducción de la absorción de minerales y hace disponibles formas toxicas de Fe, Mn y S. Se genera una situación de anoxia que inhibe el transporte activo de iones al citosol y se reduce a un 7% la energía necesaria para la absorción (por fermentación alcohólica). También genera la muerte de raíces secundarias y terciarias (incide en la capacidad de absorción). La concentración de nutrientes en la rizósfera La absorción de iones en la rizósfera no es proporcional a la concentración de ese ión en la solución del suelo, ya que el transporte ocurre por moléculas transportadoras que definen las curvas de absorción. Si un catión se encuentra en altas concentraciones en la solución del suelo, la tasa en que es absorbido es alta, aunque no sea proporcional a su absorción. Si es baja la concentración suele bajar su absorción considerablemente, en algunas especies.
Interacción entre iones La presencia de un ión puede también inhibir la absorción de otro por la raíz, en una reacción antagónica. Esto se debe a competencia entre iones presentes en la disolución del suelo ( iones con iguales cargas eléctricas o valencia y el diámetro). Eje: -Antagonismo que ejerce Mn 2+ en la absorción del Mg 2+ -Antagonismo de NH 4+ sobre Ca 2+, K +, Mg 2+. Además inhibe la absorción del NO 3 - La absorción de un ión puede verse favorecida por la presencia de otros iones, interacción conocida como sinergismo. Este ocurre principalmente entre iones con cargas eléctricas opuestas y se da por la necesidad de mantener el balance eléctrico celular. Puede ocurrir entre iones de igual carga. Eje: Sinergismo entre el NO3- y el K+, ambos formando el fertilizante KNO3. (suelo se favorece en la absorción) Absorción de NH4+, genera la exclusión de H+, el que al pasar a la rizósfera favorece la absorción de P.
Absorción de nutrientes Los iones son absorbidos por la epidermis o por los pelos radicales Dentro de la epidermis atraviesan la corteza (parénquima de transporte), usando las vías: -simplasto a través de la célula (plasmodesmos) -apoplasto a través de la pared celular y los espacios intercelulares Posteriormente llegan a la endodermis (bandas de Caspary), que limita el flujo de iones por la vía apoplasto. Esto genera que el flujo siga la vía simplasto en su paso por la endodermis y hasta el xilema.
En el xilema los iones se descargan en este tejido, mediante la participación de la bomba de protones, para ser transportados a la parte aérea de la planta.
Los iones entran al vástago vía xilema, pero pueden ser distribuidos por el floema a otras partes de la planta. Xilema transporta agua y minerales de forma unidireccional -Floema distribuye los iones de forma bidireccional. (mayor concentración de iones)