Nutrición Mineral de las plantas

1. UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE AGRONOMIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLOGICAS Nutrición Mineral de las plantas

2. ¿Qué es la nutrición de las plantas? • El termino nutrición hace referencia a los pasos por los cuales los organismos vivos asimilan los alimentos y los emplean para su crecimiento y desarrollo • El estudio de la nutrición de plantas toma en consideración las interrelaciones entre loselementos minerales del suelo o medio de crecimiento, los procesos relacionados con la absorción de estos elementos, su asimilación y la funciónvital que desempeñan en las plantas

3. Por cada 100g de materia seca:Niveles óptimos de los elementos en los tejidos de las plantas

4. Nutrición mineral de las plantas • Aproximadamente el 96% de la masa seca de los tejidos vegetales esta compuesto por C, H y O . • Los otros 16 elementos sólo representan cerca del 4% de esta masa seca • No obstante, frecuentemente las deficiencias de cualquiera de estos 16 elementos, reduce la producción y limita el crecimiento de los cultivos

5. Agua y aire (C) Carbono (H) Hidrogeno (O) Oxigeno • Los primeros tres nutrientes están disponibles a partir del aire y el agua y forman la materia orgánica, sintetizada por la fotosíntesis - Los demás elementos son tomados, principalmente del suelo, absorbidos por la raíz con el agua. • El contenido mineral de los tejidos vegetales es variable, dependiendo del tipo de planta, las condiciones climáticas prevalecientes durante el período de crecimiento, la composición química del medio y la edad del tejido, entre otros.

6. Clasificación de los elementos minerales • E. Esenciales: son nutrientes sin los cuales las plantas no pueden vivir • E. Útiles o no esenciales: aún cuando la planta puede vivir sin ellos, su presencia contribuye al crecimiento, producción y/o resistencia a condiciones desfavorables del medio (clima, plagas) (=E. beneficiosos) • E. Tóxicos: su efecto es perjudicial a la planta.

7. Criterios de Esenciabilidad • La ausencia del elemento impide que la planta complete su ciclo de vida • La acción del elemento debe ser especifica, es decir, no puede ser sustituido completamente por ningún otro • El elemento debe estar involucrado directamente en el metabolismo de la planta

8. Clasificación de los Elementos Minerales De acuerdo su contenido en la planta:

9. Clasificación de acuerdo a su función fisiológica y bioquímica • 1.- Elementos que forman compuestos orgánicos (N,S) • 2.- Elementos importantes en las reacciones de almacenamiento de energía o para mantener la integridad estructural (P, Si, B) • 3.- Elementos presentes como iones libres o unidos a otras sustancias (K, Ca, Mg, Cl, Mn, Na). Participan en la osmorregulación y actividad enzimática (cofactores). • 4.- Elementos involucrados en la transferencia de electrones (Fe, Zn, Cu, Ni, Mo). Tambien: cofactores de enzimas

10. Movilidad dentro de la planta

11. Deficiencias Minerales • El elemento en la solución del suelo está disponible para la planta, pero su concentración es muy baja. • El elemento está presente bajo una forma química que no puede ser utilizada por la planta, no hay disponibilidad. • Antagonismo: la presencia de un elemento en una determinada concentración puede impedir la absorción del otro. El Mg es antagónico con al Ca y K.

12. Nutrición mineral y crecimiento en las plantas Además de luz, temperatura y agua las plantas requieren de elementos minerales, si estos son insuficientes se reduce el crecimiento. En General: • Para que el funcionamiento metabólico de la planta sea adecuado y su desarrollo óptimo es necesario que exista un equilibrio entre las sustancias nutritivas. 2. Un exceso o déficit de minerales origina plantas débiles, susceptibles al ataque de plagas y enfermedades, baja calidad de los frutos y malas cosechas. 3. Para los minerales esenciales se puede establecer una relación cuantitativa entre su concentración y el crecimiento de la planta. Se debe conocer la función de cada uno elemento en la planta y su relación con los demás elementos minerales

13. - Suministro del elemento mineral (creciente) +

14. METABOLISMO DE LOS ELEMENTOS MINERALES • EN GENERAL, LOS MINERALES DEBEN SER: • ABSORBIDOS, REDUCIDOS (N,S) E INCORPORADOS AL METABOLISMO DE LA PLANTA

15. MACRONUTRIENTES

16. Nitrógeno (N) Se absorbe como: • Nitrógeno orgánico • Nitrógeno inorgánico • por fijación del nitrógeno atmosférico (N2) • absorción en forma iónica: como nitrógeno amoniacal (NH4+) o como nitrato (NO3-) (predominantemente). Es un elemento muy móvil en la planta

17. Reducción del Nitrógeno En células de hojas y raíces se reduce el nitrato a amonio, en dos fases: Ocurre en el citosol, fuera de todo organelo NO3- NRNO2 H2O • Catalizada por la nitrato reductasa (NR) (flavoproteina que contiene molibdeno) • Necesita del poder reductor del NADH producto de la respiración

18. Reducción del Nitrógeno NO2NiRNH4+ 2 H2Oaas Aminoácidos como la arginina y acido glutámico • Ocurre en las hojas (cloroplastos) o en las raíces (proplastidios) • Catalizada por la nitrito reductasa (NiR) • Poder reductor proviene de la ferredoxina (hojas) o del NADH de la respiración (raices)

19. El nitrógeno, ya sea absorbido del suelo o fijado del aire, se incorpora a la planta en forma de aminoácidos, primeramente en hojas vedes. A medida que aumenta el suministro de nitrógeno, las proteínas sintetizadas se transforman en crecimiento de las hojas, aumentando la superficie fotosintética.

20. Nitrógeno (N) • FUNCIONES • Componente estructural de aminoácidos: (proteínas y enzimas); purinas y pirimidinas ( bases nitrogenadas del los de ácidos nucleicos ARN y ADN). Por lo tanto influye en un gran número de procesos metabólicos. • En forma de la proteína prolina está involucrado en la regulación osmótica

21. Nitrógeno (N) • FUNCIONES • Componente estructural de la molécula de clorofila • Constituyente estructural de las paredes y membranas celulares (proteínas) • Componente molecular de hormonas (auxinas, citocininas)

22. SÍNTOMAS DE DEFICIENCIAEn general: • Las plantas que crecen a bajos niveles de nitrógeno son de color verde claro y muestra clorosis, principalmente en hojas viejas. Las hojas jóvenes permanecen verdes por períodos más largo, ya que reciben nitrógeno soluble de las hojas mas viejas. • Algunas plantas como el tomate y el maíz, exhiben una coloración purpúrea en los tallos, pecíolos y cara abaxial de las hojas, debido a la acumulación de antocianinas. • La relación vástago/raíz es baja, ya que predomina el crecimiento radicular sobre el foliar. El crecimiento de muchas plantas deficientes en nitrógeno es raquítico.

23. SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA • Baja tasa de crecimiento. Reducción del área foliar • Clorosis generalizada • La senescencia y dehiscencia de las hojas se acelera. Necrosis posterior

24. SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA

25. Fósforo (P) • Las plantas absorben el fósforo del suelo principalmente como H2PO4– y HPO42- • El ión H2PO4– se absorbe más rápidamente que el HPO42- (Suelos de pH menor a nueve) • En plantas jóvenes, abunda más en los tejidos meristematicos • Se trasloca rápidamente desde los tejidos adultos a los jóvenes y a medida que la planta madura la mayoría del elemento se moviliza a semillas y/o frutos

26. Funciones Generales • El fósforo, luego del nitrógeno, es el elemento más limitante en los suelos. Se encuentra en la planta como un componente de carbohidratos activados (por ejemplo la glucosa -6- fosfato, fructosa -6- fosfato, etc); En los Acidos nucleicos, fosfolípidos, y fosfoproteinas. • El papel central del fósforo es en la transferencia de energía por fosforilación : - En la transferencia de energía, juegan un papel importante los nucleótidos altamente reactivos: ATP (adenosina trifosfato), ADP (adenosina difosfato), GTP (guanosina trifosfato), GDP (guanosina difosfato), UTP (uridina trifosfato), UDP (uridina difosfato), CTP (citosina trifosfato) y CDP (citosina difosfato). -- Los carbohidratos antes de ser metabolizados son fosforilados.

27. Fosforo (P) • Funciones específicas - Componente estructural de las membranas celulares como fosfolípido. • Conformación estructural del ADN y ARN • La energía liberada en los procesos catabólicos se transforma en compuestos energéticos a ser utilizados en los procesos anabólicos utilizando ATP u otros compuestos energéticos. • Requerido en todos los procesos de fosforilación para la activación de todas las rutas bioquímicas. • Efector de enzimas, como la fosfofrutoquinasa en el metabolismo de los carbohidratos. • Distribuidor del carbono fijado en la fotosíntesis (en forma de triosa fosfato).

28. Síntomas de deficiencia: • En cereales se caracteriza por un retardo en el crecimiento, las raíces se desarrollan poco y se produce enanismo en hojas y tallos. Es frecuente la acumulación de antocianina en la base de las hojas. • En maíz: Hojas de Coloración verde intenso, con poco brillo y posterior acumulación de pigmentos • El fosfato se redistribuye fácilmente en muchas plantas y se mueve de las hojas viejas hacia las jóvenes en las que se almacena; se acumula también en flores en proceso de desarrollo y en semillas. Como resultado de esto, las deficiencias de fósforo se observan primero en hojas maduras.

29. SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA ESPECIFICOS • Atraso de la floración • Reducción de crecimiento en frutos y semillas

30. Potasio (K) • El potasio (K) es absorbido por las plantas en grandes cantidades, más que cualquier otro elemento a excepción del Nitrógeno • Se encuentra en la solución del suelo como catión monovalente (K+) . Es muy soluble. • Es uno de los tres elementos (N,P,K) cuyas deficiencias en los suelos mas limitan el rendimiento de los cultivos.

31. FUNCIONES Generales • Sus funciones se centran en cuatro roles bioquímicos y fisiológicos a saber: activación enzimática, procesos de transporte a través de membranas, neutralización aniónica y potencial osmótico. • El ión K parece estar implicado en varias funciones fisiológicas como son: transporte en el floema, turgencia de las células guardianes de los estomas, movimientos foliares y crecimiento celular.

32. Potasio (K) • FUNCIONES ESPECÍFICAS • Mantenimiento del balance hídrico de la planta (turgor y mantenimiento del potencial osmótico). De acuerdo a su concentración se regulan mecanismos de absorción de agua (osmolito).

33. FUNCIONES ESPECIFICAS • Fotosíntesis: indirectamente al regular la apertura estomática y promoviendo la síntesis de Rubisco; directamente activando el sistema de citocromos • Estabilizador del pH celular (equilibrando cargas negativas de iones como Cl y de ácidos orgánicos) • El potasio actúa como un cofactor o activador de muchas enzimas del metabolismo de carbohidratos y proteinas. Una de las más importantes la piruvato-quinasa, enzima principal de la glucólisis y respiración. • Interviene en el trasporte activo de iones (activador de las ATPasa) y de fotoasimilados (como contraión). • Los iones potasio son también importantes en la fijación del RNAm a los ribosomas (traducción del ADN)

34. DEFICIENCIA • Así como el nitrógeno y el fósforo, el potasio se traslada de los órganos maduros hacia los jóvenes; de tal forma que la deficiencia de este elemento se observa primero como un amarillamiento ligero en hojas viejas. En las dicotiledóneas las hojas se tornan cloróticas, pero a medida que progresa la deficiencia aparecen manchas necróticas de color oscuro. • La deficiencia de potasio se conoce comúnmente como quemadura. En los cereales, las células de los ápices y bordes foliares mueren primero, propagándose la necrosis hacia la parte más joven de la base foliar. Ejemplo, el maíz deficiente de potasio presenta tallos débiles y las raíces se hacen susceptibles a infecciones por patógenos que causan su pudrición.

35. SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA • Amarillamiento y necrosis de los márgenes foliares, que comienza en las hojas más bajas. • Disminución de turgencia. Plantas muy susceptibles a marchitamiento por estrés hídrico • Mayor susceptibilidad al ataque de patógenos a la raíz, tallos propensos a daños por vientos, lluvia, etc.

38. Azufre (S) • Las plantas toman el azufre, principalmente, como sulfato (SO4-2) mediante la absorción radical, aunque el dióxido de azufre atmosférico (SO2-) puede ser absorbido por las hojas en pequeñas cantidades.

39. Reducción del Azufre • La reacción tiene lugar en tres etapas: a) Reducción de sulfatos a sulfito SO42- + 3 ATP + NADPH + H+SO32- + 3 ADP + 3 Pi + NADP+ b) Reducción de sulfitos a sulfuro de hidrogeno SO32- + 3 NADPH + 3 H+H2 S + 3 NADP+ c) Incorporaación del sulfuro de hidrogeno a la síntesis de cisteina (aa). H2S + Acetilcisteína Cisteina SulfoProteinas

40. Azufre (S) • FUNCIONES • Componentes estructurales de las membranas celulares (proteinas) • Síntesis de aminoácidos (cisteina, metionina) y proteínas • Componente estructural de la tiamina y biotina (coenzimas o vitaminas) • Parte estructural del Acetil CoA (respiración)

41. Azufre (S) • FUNCIONES • Precursor de giberelinas • Componente estructural de la ferredoxina (fotosíntesis) • Mantenimiento de la estructura terciaria de las proteínas • Grupo activo de algunas enzimas (hexoquinasas y deshidrogenasas) • Componente molecular de tiocianatos e isotiocianatos (repollo) y la alicina, la sustancia olorosa del ajo y el factor causante de lacrimeo en la cebolla.

42. DEFICIENCIA • Debido a que los suelos tienen suficientes cantidades de sulfatos, las deficiencias de S en la naturaleza son raras. Cuando el azufre de la atmófera reacciona con agua de lluvia puede ser tóxico (lluvia ácida, absorbida por los estomas). • En el té: deficiencias de azufre: Las plantas presentaban hojas jóvenes cloróticas, finalmente se ponían amarillas, los bordes y los ápices foliares se volvían necróticos y se enrollaban. Se producía una muerte del ápice, seguida por una rapida defoliación.

43. SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA • Reducción del área foliar • Enrollamientos marginales foliares, necrosis y defoliación • Clorosis generalizada en hojas nuevas • Acumulación de pigmentos • Acortamiento de entrenudos

44. Calcio (Ca) • Es absorbido como catión divalente Calcio (Ca+2). • Es un elemento inmóvil dentro de la planta • Generalmente formando parte de compuestos insolubles

45. Calcio (Ca) FUNCIONES • El calcio es acumulado por las plantas, especialmente en las hojas donde se deposita irreversiblemente. Es un elemento esencial para el crecimiento de meristemas y el funcionamiento apropiado de los ápices radicales. • Tiene la función de impedir daños a la membrana celular, evitando el escape de sustancias intracelulares. • Actúa como un regulador de la división y extensión celular, a través de la activación de una proteína modulada por calcio (calmodulina).

46. FUNCIONES - Componente de la lámina media de la pared celular (pectato de calcio). • Activador enzimático: ATP asa y α-amilasa • Confiere Capacidad de intercambio catiónico (CIC) a la pared celular. • El ión calcio libre, se reconoce actualmente como un regulador intracelular importante de numerosos procesos bioquímicos y fisiológicos. Está Involucrado en los procesos de transducción como segundo mensajero

47. SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA • Reducción inmediata de la tasa de crecimiento, por muerte de ápices, yemas terminales y regiones meristemáticas. • Crecimiento deforme de láminas foliares • Se afecta el crecimiento radical. Reducción de raíces secundarias • Inhibe la germinación del polen y el crecimiento del tubo polínico. • Síntomas específicos para tomate, maní, cereales y tubérculos y raíces.

48. SINTOMAS DE DEFICIENCIA DE CALCIO

49. Magnesio (Mg) • El magnesio es absorbido como catión (Mg2+) y es traslocado rápidamente desde a los tejidos viejos a los nuevos: los síntomas de deficiencia se observan primero en hojas viejas. • La propiedad más importante del Mg es su solubilidad. Su abundancia sugiere una multiplicidad de funciones, principalmente como activador de reacciones enzimáticas (fosfatasas, kinasas, ATPasas, carboxilasas, etc).

50. Magnesio (Mg) FUNCIONES • El magnesio tiene un papel estructural como componente de la molécula de clorofila, es requerido para mantener la integridad de los ribosomas y sin duda contribuye en mantener la estabilidad estructural de los ácidos nucleicos y membranas.