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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