NUTRICION MINERAL DE PLANTAS

Material para uso exclusivo del curso de Introducción a la Fisiología Vegetal de la Escuela de Biología, Universidad de Costa Rica.

Abril 2009

FOTOSÍNTESIS RESPIRACIÓN

TRANSPIRACIÓN

H2O

H2O

CO2

O2

CO2

O2

NUTRIMENTOS MINERALES

¿Cómo se alimentan

las plantas?

Atmós

fera

Sue

lo

ELEMENTOS ESENCIALES

Son aquellos estrictamente necesarios para el desarrollo de una planta.

Reglas de esencialidad de elementos

Regla 1. Un elemento es esencial si su deficiencia impide que la planta complete su ciclo vital.

Regla 2. Para que un elemento sea esencial, este no se puede reemplazar por otro elemento con propiedades similares. Regla 3. El elemento debe ser parte de una estructura o participar directamente en el metabolismo de la planta.

Las tres reglas anteriores pueden resumirse diciendo que: Un elemento es esencial si la planta lo requiere para su desarrollo normal y que pueda completar su ciclo de vida .

Elementos esenciales

ELEMENTO FORMA REQUERIDA

CONCENTRACIÓN EN TEJIDO

HIDROGENO H20 6 %

OXIGENO O2, H20 45 %

CARBONO CO2 45 %

MACRONUTRIMENTOS

Elemento Forma de absorción

Concentración en tejido

Movilidad

NITRÓGENO NO3, NH4, UREA 1,5 % MÓVIL

POTASIO K+ 1 % MÓVIL

CALCIO Ca+ 0,5 % INMÓVIL

MAGNESIO Mg+2 0,2 % MNÓVIL

FÓSFORO PO4- 0,2 % MÓVIL

AZUFRE SO4- 0,1 % INMÓVIL

SÍLICE Silicón 0,1 %

MICRONUTRIMENTOS

Elemento Forma de absorción

Concentración en tejidos

Movilidad

CLORO Cl- 100 PPM MÓVIL

HIERRO Fe+2+3 100 PPM INMÓVIL

BORO BO-4, HBO3

- 20 PPM INMÓVIL

MANGANESO Mn+2 50 PPM MÓVIL-INMÓVIL

SODIO Na+ 10 PPM MÓVIL

COBRE Cu+, Cu+2 6 PPM INMÓVIL

MOLIBDENO Mo+, MO+6 0,1 PPM MÓVIL

NICKEL 0,1 PPM

Se, Co, Ti, I, Va son beneficiosos y quizás no esenciales

Absorción de nutrimentos

Todas las sales minerales que las plantas absorben por la raíz o sus partes aéreas es mediante la acción del agua.

El agua entra pasivamente, pero para la absorción de nutrimentos se puede requerir de energía y es necesario superar el obstáculo de la semipermeabilidad de la membrana.

¿Cómo adquieren las plantas los minerales?

i- Absorbidos por la raíz

ii- Con la ayuda de asociaciones simbiótica con hongos y bacterias (P y N).

iii- Por la vía aérea.

La aplicación foliar es frecuente usar para micronutrimentos, en especial Cu, Fe y Mn.

iv- Por carnivoría.

Los pelos radícales aumentan la superficie radical

FLUJO DE MASA: N, Ca, Mg, S, B, Cu, Mo, Mn, (Fe)

DIFUSION: P, K (Fe)

INTERCEPCION RADICAL: Fe

>sistema radicular > volume de suelo explorado- Suelo compacto- Baja aireación

¿CÓMO LLEGAN LOS NUTRIMENTOS A LA RAÍZ?

APOPLASTO RADICULAR

APOPLASTO FOLIAR

XILEMA

XILEMA

CÉLULAS EPIDERMICAS DE LAS HOJAS

MESÓFILO FOLIAR

CÉLULAS - VAINA

PLASMALEMA

CITOPLASMA

PARED CELULAR

BANDAS DE CASPARY

PLASMODESMAS

TONOPLASTO VACUOLA

CÉLULAS EPIDÉRMICAS

CÉLULAS ENDODÉRMICAS

CÉLULAS ADYASCENTES

XILEMA

SOLUCIÓN

SUELO

HOJA

SUELO

Absorción de potasio

Absorción de sacarosa

Cinética de absorción Michaelis y Menten

MOVIMIENTO DE IONES A TRAVÉS DE MEMBRANAS

a- Transporte pasivo por difusión simple o facilitada que está afectado por:

concentración actividad eléctrica Presión

b- Transporte activo primario y secundario mediado por bombas, las cuales pueden ser electrogénicas si cambian la carga o electroneutras si no la hacen.

Ejemplos de bombas

ATPasa-H Cuando el protón se une a la proteína se da

una fosforilación y se cambia la conformación de la proteína, lo cual provoca el transporte de H.

La energía se obtiene en este caso del ATP.

Cada hidrólisis de ATP transporta 2 H.

Ejemplos de bombas

H- Pirofosfatasa:

La energía se obtiiene del pirofosfato (ppi) y no del ATP.

Cada hidrólisis de pirofosfato transporta 1 H

Ejemplos de bombas

ABC Transportadores:

Es una bomba de ATP que transporta moléculas grandes, independientemente del H.

Muchos ABC transportadores se unen al glutation y las plantas los usan para desintoxicar herbicidas.

Este tipo de bombas se usa mucho para transportar pigmentos como antocianinas al tonoplasto.

Ejemplos de bombas

Bombas de calcio:

Las bombas de ATP pueden transportar calcio

Movimiento de iones por el plasmalema y el tonoplasto

Tomado de Taiz y Zeiger, 2006

Xilema FloemaÍons ousubstâncias ---------------- mg/L --------------------

Açúcares ausente 14.000 - 210000Aminoácidos 200 - 100 900 -10000Potássio 200 - 800 2800 - 4400Cálcio 150 - 200 80 -150Magnésio 30 - 200 100 - 400Manganês 0,2 – 0,6 0,9 – 3,4Zinco 1,5 – 7,0 8 - 23Cobre 0,1 – 2,5 1 – 5Boro 3 – 6 9 - 11Fósforo 70 – 80 300 – 500Nitrato 1500 – 2000 ausenteAmônio 7 – 60 45 – 846

TRANSPORTE Y REDISTRIBUCIÓN DE NUTRIMENTOS

Tomado de Antonio Enedi Boaretto, 2008

Disponibilidad de nutrimentos en suelo según pH

El antagonismo de los elementos

En el suelo es común que existan elementos antagónicos, es decir que la presencia o mayor concentración de uno reduce disponibilidad de otro.

-Un exceso de Potasio en el suelo reduce la disponibilidad de Magnesio. Puede haber mucho Mg en el suelo, pero si el K es abundante, la planta no dispondrá de Mg. Suelos con altos niveles de K presentan carencia de Mg. También si el Magnesio es elevado, lo más probable es que exista carencia inducida de Potasio.

-El exceso de Calcio puede interferir la asimilación de Magnesio produciendo una carencia de éste.

-Un exceso de Sodio (Na) produce deficiencia de Calcio y Magnesio.

-Un exceso de Zn puede reducir la disponibilidad de S y viceversa.

Casos comúnes de antagonismos:

Nivel óptimo de nutrimento

Síntomas visuales de deficiencia

Una manifestación típica es la clorosis y la necrosis

Deficiencia de Nitrógeno

Deficiencia de fósforo

Deficiencia de potasio

Deficiencia calcio

Deficiencia de Hierro

Deficiencia de manganeso

Deficiencia de Zinc

Deficiencia de cobre

Deficiencia de azufre

MACRONUTRIMENTOS

Elemento Forma de absorción

Concentración en tejido

Movilidad

NITRÓGENO NO3, NH4, UREA 1,5 % MÓVIL

POTASIO K+ 1 % MÓVIL

CALCIO Ca+ 0,5 % INMÓVIL

MAGNESIO Mg+2 0,2 % MNÓVIL

FÓSFORO PO4- 0,2 % MÓVIL

AZUFRE SO4- 0,1 % INMÓVIL

SÍLICE Silicón 0,1 %

MICRONUTRIMENTOS

Elemento Forma de absorción

Concentración en tejidos

Movilidad

CLORO Cl- 100 PPM MÓVIL

HIERRO Fe+2+3 100 PPM INMÓVIL

BORO BO-4, HBO3

- 20 PPM INMÓVIL

MANGANESO Mn+2 50 PPM MÓVIL-INMÓVIL

SODIO Na+ 10 PPM MÓVIL

COBRE Cu+, Cu+2 6 PPM INMÓVIL

MOLIBDENO Mo+, MO+6 0,1 PPM MÓVIL

NICKEL 0,1 PPM

Se, Co, Ti, I, Va son beneficiosos y quizás no esenciales

La toxicidad, la deficiencia, los patógenos y otros factores pueden provocar los mismos síntomas visuales

¿Cómo saber si hay deficiencia?

Observar síntomas en el campo no es muy recomendado y aún los expertos pueden fallar, por lo tanto, en la medida de los posible se deben realizar análisis de laboratorio.

a- Determinación de la concentración de minerales del suelo.

b- Análisis foliar

c- Análisis bioquímico.

El cultivo sin suelo es ideal para estudiar deficiencias de minerales

Métodos de estudio de la nutrición mineral

Métodos de estudio de la nutrición mineral

Métodos de estudio de la nutrición mineral

Fórmula de la solución nutritiva de Hoagland

                                                                                                                                               

Solución nutritiva de Knop

                                                                  

Las micorrizas ayudan en la absorción de minerales, como el P.

Ectomicorrizas

Endomicorrizas

Endomicorrizas vesículo-arbusculares

Endomicorrizas

Efecto de la micorrización sobre el desarrollo

No micorrizada Micorrizadas

Fitoextracción Fitoestabilización

Fitodegradación

Acumulación excesiva

Iones metálicos o tóxinas

La fitorremediación

Agentes quelatantes

Los elementos se reciclan