Nutrición Mineral en Plantas

Material para uso exclusivo del curso de Introducción a la

Fisiología Vegetal de la Escuela de Biología, Universidad de

Costa Rica.

1. Su deficiencia impide que la planta complete su ciclo vital.

2. No se puede reemplazar por otro con propiedades similares. 3. Debe ser parte de una estructura o participar en el metabolismo de la planta.

Elementos esenciales para las plantas

Elementos esenciales más abundantes

ELEMENTO FORMA REQUERIDA CONCENTRACIÓN EN TEJIDO

HIDROGENO H20 6 %

OXIGENO O2, H20 45 %

CARBONO CO245 %

MACRONUTRIMENTOS

Elemento Forma de absorción

Movilidad

NITRÓGENO NO3, NH4, UREA MÓVIL

POTASIO K+ MÓVIL

CALCIO Ca+2 INMÓVIL

MAGNESIO Mg+2 MÓVIL

FÓSFORO H2PO4-,HPO4

MÓVIL

AZUFRE

SILICIO

SO4-

si

INMÓVIL

MICRONUTRIMENTOS

Elemento Forma de absorción

Movilidad

CLORO Cl- MÓVIL

HIERRO Fe+2, Fe+3 INMÓVIL

BORO H3BO3- INMÓVIL

MANGANESO Mn+2 MÓVIL-INMÓVIL

COBRE Cu+, Cu+2 INMÓVIL

ZINC Zn+2 MOVIL

MOLIBDENO MoO4MÓVIL

NICKELSODIO

Ni+2

NaDudosoMóvil

GRUPO FUNCION GENERAL

GRUPO 1:N, P

Son parte de compuestos carbonados

GRUPO 2:P, Si, B

Son importantes en el almacenamiento de energía o integridad estructural

GRUPO 3:K, Ca, Mg, Cl, Zn, Na

Permanecen en forma iónica

GRUPO 4:Fe, Mn, Cu, Ni, Mo

Involucrados en reacciones redox.

ALGUNAS FUNCIONES

Elemento Función

NITRÓGENO Estructural, aminoácidos, proteínas, ácidos nucleícos,

POTASIO Control osmótico, activador enzimático,

CALCIO Pared celular, división celular, funcionalidad de membranas, mensajero secundario (calmodulina).

MAGNESIO Clorofila, activador enzimas, estabilización y unión de ribosomas,

FÓSFORO Estructural, membranas, nucleótidos, transcripción génica

AZUFRE Sulfolípidos, heteropolisacáridos, aminoácidos,´síntesis y degradación de ácidos grasos, fitoquelatinas.

Elemento Función

CLORO Soluto, control de pH, fotólisis de agua.

HIERRO Ferredoxina, ferritina, hemoproteínas (citocromos, catalasas, peroxidasas),sulfoproteínas (une a cistina), nitrito reductasa, sulfito reductasa.

BORO Parte de paredes celulares, división y crecimiento celular, germinación

MANGANESO Activador enzimas: fotosistema II, isoenzimas de mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas, ciclo Krebs, arginasas, enzima málica dependiente NAD.

COBRE Plastocianina, citocromo oxidasa, participación en varias enzimas de oxidoreducción, fenolasas, biosíntesis lignina.

ZINC Síntesis AIA (àsintesis triptófano), deshidrogenasas, anhidrasa carbónicas, estabilidad de ribosomas, ARN polimerasas

MOLIBDENO Activa nitrato reductasa, parte de la nitrogenasa, degradación bases púricas, síntesis ABA.

NICKEL Parte de la ureasa, síntesis bases nitrogenadas.

Nivel óptimo del nutriente

Formas de obtener los elementos

i- Absorbidos por la raíz

Elementos se pueden absober diferencialmente según la zona de la raíz.

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

iii- Por la vía foliar o aérea.

iv- Por carnivoría.

Flujo de masa: los nutrientes se mueven en la solución del suelo hacia las raíces por la corriente de la transpiración.

Difusión: según el gradiente de concentraciones.

Intercepción: las raíces interceptan los iones al crecer hacia las zonas donde están los nutrientes

Movimiento de iones

Los nutrientes llegan a la raíz por tres vías

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

DIFUSION: P, K (Fe)

INTERCEPCION RADICAL: Fe, Ca

ABSORCION DE NUTRIENTES

•

– Típico de nutrientes con flujo masivo. Entran a la planta con el agua

– Movimiento a través de la membrana por diferencia de concentraciones (a favor del gradiente de concentraciones)

• transporte de minerales

–Ocurre a través de la membrana en contra del gradiente de concentraciones

–Requiere energía para “bombear” a los iones hacia dentro de la celula.

–Puede ser primario o secundario.

ABSORCION DE NUTRIENTES

Disponibilidad de nutrimentos en suelo según pH (para corrección de deficiencias)

INTERACCION ENTRE NUTRIENTES

Sinergismo Ca x BSinergismo Ca x B

El boro mejora la capacidad de la planta para usar el calcio.

Si el nivel de boro en una planta es bajo, ésta no podrá utilizar completamente el calcio.

Antagonismo P x ZnAntagonismo P x Zn El exceso de P impide la absorcion y la capacidad de la planta de

absorber Zn.

Sinergia negativa Ca x Fe Ca x Fe

INTERACCION ENTRE NUTRIENTES

SINTÓMAS VISUALES DE DEFICIENCIA NUTRICIONAL

• Nutrientes móviles:• Los síntomas se muestran en las

hojas maduras (ya que la planta trasloca los nutrientes hacia las zonas de nuevo crecimiento)

• Nutrientes inmóviles:• Los síntomas se muestran en las

hojas más nuevas (ya que la planta no puede moverlos con rapidez)

DEFICIENCIAS DE NUTRIENTES

DEFICIENCIAS DE NUTRIENTES

K, Mo

Manchasnecroticas

Mg

Nervadurasverdes

N

Nervadurasamarillas

N, P, Mg

Sin manchasnecroticas

N, P, K, Mg, Mo

Hojas viejas

Fe, Mn

Nervadurasverdes

S, Cu

Nervadurasamarillas

S, Fe, Mn, Cu

Hojas nuevas

Zn

Hojas nuevas y viejas

Ca, B

Terminal buds

Deficiencia de Nitrógeno

Deficiencia de fósforo

Deficiencia de potasio

Deficiencia calcio

Deficiencia de Hierro

Deficiencia de manganeso

Deficiencia de Zinc

Deficiencia de cobre

Asimilación del Nitrógeno

La raíz debe reducir el NO3 y así usarlo en las proteínas y otras sustancias.

¿Cómo?

1- Participación de la enzima nitrato reductasa

NO3 → NO2

Es una enzima citosólica que requiere NADPH o NADH

Es la principal enzima que contiene molibdeno.

2- Reducción del nitrito por la nitrito reductasa:

NO2 → NH4

Esta enzima se localiza en los plastidios de las hojas o raíces.

Requiere ferredoxina, la cual proviene de los cloroplastos o de la vía de las pentosas.

3- Asimilación del amonio

Dos enzimas transforman el amonio:

1- glutamino sintetasa

2- glutamato sintetasa.

Glutamino sintetasa

Cataliza la siguiente reacción:

Glutamato + NH4 + ATP Glutamina + ADP + Pi

• Esta enzima que hidroliza ATP requiere como cofactores al Mg, Mn y Co.

• Contiene 8 subunidades muy similares y de ella se conocen dos tipos: una citoplasmática y la otra en los plastidios de la raíz o del vástago.

La glutamato sintetasa (llamada también glutamina 2 oxoglutarato amino transferasa),

Transfiere el grupo amida de la glutamina a 2 oxoglutarato para producir glutamato:

Glutamina + 2 Oxoglutarato + NADH+H (o Ferredoxina)

2 Glutamatos + NAD (o Ferredoxina oxidada).

Su actividad se incrementa cuando existe mucha glutamina en los plastidios.

La glutamato sintetasa

Existen dos tipos según el donador de H:

1- La que usa NADH, la cual está en los plastidios de tejidos no fotosintéticos.

2- La que usa ferredoxina, que actúa en los cloroplastos.

4. Glutamato deshidrogenasa

Existen dos formas:

1- Dependiente de NADH, que se localiza en mitocondrias

2- Dependiente de NADPH, en cloroplastos.

Transaminación

Transporte y almacenamiento de nitrógeno

La forma para transportar y guardar fuentes de aminoácidos es la asparragina (primer aminoácido que se aisló y eso fue del espárrago).

Para producir asparragina existe una enzima en el citosol, llamada asparragina sintetasa que efectua la siguiente reacción:

Glutamina + Aspartato + ATP Asparragina + Glutamato + AMP + ppi.

ASIMILACION DE AZUFRE

• El azufre debe ser reducido por diversos procesos en las hojas se incorpora a cisteína.

• Cisteina produce luego metionina en los platidios.

ASIMILACION DE FOSFATO

La mayor parte del fosfato asimilado es usado para incorporarlo en ATP, ácidos nucleicos, fosfolípidos.

Así, una forma de incorporar fosfato inorgánico se presenta en la glucólisis en el paso siguiente:

Gliceraldehido 3P 1,3 difosfoglicérico

Catalizado por la gliceraldehido 3P deshidrogenasa.

Asimilación de Oxígeno

El 90 % es asimilado vía respiración

A través del agua que se incorpora a compuestos orgánicos A través de la incorporación de oxígeno molecular que por acción de oxigenasas se añade directamente a las moléculas orgánicas. Aquí está la vía de la fotorrespiración con participacion de RUBISCO

Asimilación de cationes

El cultivo sin suelo

CULTIVO HIDROPÓNICO

Fórmula de la solución nutritiva de Hoagland

Solución nutritiva de Knop

Solución nutritiva de Sachs

Sustancia Concentración mM

KN03 9,9

Ca3(PO4)2 1,6

MgSO4.7H2O 2

CaSO4 3,7

NaCl 4,3

FeSO4 Trazas

CULTIVO AEROPÓNICO