Nutrición Mineral
de las plantas
¿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 los elementos minerales del suelo o medio de crecimiento, los procesos relacionados con la absorción de estos elementos, su asimilación y la función vital que desempeñan en las plantas
Por cada 100g de materia seca:
Niveles óptimos de los elementos en los tejidos de las plantas
Carbono 45 % Oxígeno 45 Hidrógeno 6 Nitrógeno 1,5 Potasio 1,0 Calcio 0,5 Magnesio 0,2 Fósforo 0,2 Azufre 0,1 ilicio 0,1 Cloro 100 ppm Hierro 100 Boro 20 Manganeso 50 Sodio 10 Zinc 20 Cobre 6 Niquel 0,1 Molibdeno 0,1
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
- 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.
• Los primeros tres nutrientes están disponibles a partir del aire y el agua y forman la materia
orgánica, sintetizada por la fotosíntesis
(O) Oxigeno (C) Carbono (H) Hidrogeno Agua y aire
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.
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
Clasificación de los Elementos Minerales
MACRONUTRIENTES MICRONUTRIENTES
Nitrógeno (N) Hierro (Fe)
Fósforo (P) Cobre (Cu)
Potasio (K) Zinc (Zn)
Azufre (S) Cloro (Cl)
Calcio (Ca) Manganeso (Mn)
Magnesio (Mg) Boro (Bo)
Molibdeno (Mo) *Silicio (Si) *Níquel (Ni)
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
Movilidad dentro de la planta
MOVILES INMOVILES Nitrógeno Potasio Azufre Fósforo Boro Magnesio Cobre Cloro Hierro Zinc Calcio Molibdeno Manganeso SodioDeficiencias 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.
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:
1. 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
METABOLISMO DE LOS
ELEMENTOS MINERALES
EN GENERAL, LOS MINERALES DEBEN SER: ABSORBIDOS, REDUCIDOS (N,S) E
INCORPORADOS AL METABOLISMO DE LA PLANTA
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).
Reducción del Nitrógeno
Ocurre en el citosol, fuera de todo organelo
NO
3- NRNO
2H2O
➢ Catalizada por la nitrato reductasa (NR)
(flavoproteina que contiene molibdeno)
➢ Necesita del poder reductor del NADH producto
de la respiración
En células de hojas y raíces se reduce el nitrato a amonio, en dos fases:
Reducción del Nitrógeno
NO
2 NiRNH
4+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
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.
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
Nitrógeno (N)
FUNCIONES
Componente estructural de la molécula
de clorofila
Constituyente estructural de las
paredes y membranas celulares
(proteínas)
Componente molecular de hormonas
SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA En 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.
SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA
Baja tasa de crecimiento. Reducción del
área foliar
Clorosis generalizada
La senescencia y dehiscencia de las
Fósforo (P)
Las plantas absorben el fósforo del suelo
principalmente como H2PO4– y HPO
4
2- 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
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.
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
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.
SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA ESPECIFICOS
Atraso de la floración
Reducción de crecimiento en frutos y
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.
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
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).
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
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.
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.
Azufre (S)
Las
plantas
toman
el
azufre,
principalmente, como sulfato (SO
4-2)
mediante la absorción radical, aunque el
dióxido de azufre atmosférico (SO
2-)
puede ser absorbido por las hojas en
pequeñas cantidades.
Reducción del Azufre
La reacción tiene lugar en tres etapas:
a) Reducción de sulfatos a sulfito
SO42- + 3 ATP + NADPH + H+ SO
32- + 3 ADP + 3 Pi + NADP+
b) Reducción de sulfitos a sulfuro de hidrogeno
SO32- + 3 NADPH + 3 H+ H
2 S + 3 NADP+
c) Incorporaación del sulfuro de hidrogeno a la síntesis de cisteina (aa).
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
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.
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.
SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA
✓ Reducción del área foliar ✓ Enrollamientos marginales foliares, necrosis y defoliación ✓ Clorosis generalizada en hojas nuevas ✓ Acumulación de pigmentos ✓ Acortamiento de entrenudos
Calcio (Ca)
Es absorbido como catión divalente
Calcio (Ca
+2).
Es un elemento inmóvil dentro de la
planta
Generalmente formando parte de
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).
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
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
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).
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.
Magnesio (Mg)
FUNCIONES
Su deficiencia inhibe las reacciones de
fotofosforilación
y
también
las
reacciones
de
fosforilación
que
permiten la regeneración de la Rubisco
(Fotosíntesis).
SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA
Clorosis intervenal en las hojas más
bajas, seguida de coloraciones púrpura y
posterior formación de manchas
Hierro (Fe)
Se absorbe por las raíces en forma de
ión ferroso (Fe
2+), férrico (Fe
3+) y en
forma de quelatos, siendo la primera la
forma más común.
Relativamente inmóvil por el floema. La
sintomatología
de
deficiencia
se
observa primero en hojas jóvenes.
Hierro (Fe)
FUNCIONES
Implicado en los procesos de oxido
reducción (transporte de electrones).
Reducción del oxígeno hasta agua en
respiración
Parte estructural de la molécula de
Hierro (Fe)
FUNCIONES
Activador enzimático: cofactor de sistemas
como citocromo oxidasa (transporte de electrones en respiración) enzimas involucradas en le síntesis de clorofila, nitrogenasa
Asimilación del nitrógeno (nitritos a amonio) Requerido para la síntesis de proteínas
SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA
Clorosis intervenal en hojas más nuevas,
en condiciones extremas se tornan casi
blancas
Boro (Bo)
FUNCIONES
Es uno de los elementos mas inmóviles.
Los requerimientos de boro se han deducido a partir de los efectos observados cuando se elimina el elemento: Se detiene (cesa) el crecimiento de los meristemas y del
tubo polínico.
- El boro estaría implicado junto al calcio en el
metabolismo de la pared celular.
- Esencial para la síntesis de sacarosa (es precursor de
Boro (Bo)
FUNCIONES
- En estudios realizados con meristemas de ápices
radicales, se ha encontrado que en ausencia de boro la síntesis de ADN y de la división celular cesan, sin afectar el alargamiento celular, produciendo hinchamiento del ápice de la raíz.
Necesario par la formación del capullo floral,
producción y viabilidad del grano de polen
Participa en el metabolismo de fenoles, impidiendo
SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA
. La deficiencia de boro causa daños serios y muerte de los
meristemas apicales. Son muy comunes en plantaciones de árboles de todo el mundo.
Las plantas deficientes en boro contienen más azúcares y
pentosanos,
Presentan tasas más bajas de absorción de agua y transpiración
que las plantas normales. Hojas quebradizas.
Los síntomas varían ampliamente entre especies de plantas y
reciben con frecuencia nombres descriptivos como "tallos rotos" (cracked stem) del celery, "corteza interna" (internal cork) o "mancha de sequía" (drought spot), de las manzanas.
Cobre (Cu)
FUNCIONES
Activador enzimático, implicado en procesos de
oxido-reducción
Forma precursores de la lignina
Componente estructural de la plastocianina (proteína
cloroplasmática)
Conformación estructural de la citocromo oxidasa
(trasferencia de electrones hasta el oxigeno en respiración)
Componente de la fenolasa (oxidación de fenoles).
MANGANESO
(Mn)
FUNCIONES
El Mn activa numerosas enzimas que catalizan las
reacciones de descarboxilación y oxidorreducción durante el Ciclo de Krebs (respiración)
Influye en la organización de membranas (tilacoide,
núcleo y mitocondria)
Requerido para la reacción de Hill (conjuntamente
CLORO (Cl)
Fotolisis del Agua (Reacción de Hill): participa activamente en
la fotolisis del agua, la cual no se lleva a cabo si no está presente el elemento
Estabilidad del cloroplasto: es imprescindible para la
estabilidad del cloroplasto, probablemente como protector de la oxidación de los componentes lipoproteicos de las membranas tilacoidales.
Estimula la acción de las ATPasas ubicadas en el tonoplasto. A
diferencias de las del plasmalema, estas bombas electrogénicas, no son activadas cationes monovalentes como K+ pero si son activadas por el Cloro. Estas bombas participan en la absorción o transporte de iones.
CLORO (Cl)
Regulación de movimientos estomáticos: los
movimientos de apertura y cierre estomático son regulados por flujos de K+, y son compensados por aniones como malato y Cl -.
División y elongación celular: aparentemente se
encuentra involucrado en los procesos de división y alargamiento celular, así como también en el metabolismo del nitrógeno, no obstante, estas funciones no están completamente claras.
MOLIBDENO
(Mo)
Implicado en el metabolismo del nitrógeno
(nitrato reductasa, nitrogenasa)
Implicado en la formación de ABA, al ser
parte estructural de la enzima que lo genera.
Participa en reacciones tipo redox como
ZINC (Zn)
Síntesis de auxinas (AIA): las plantas deficientes en zinc
presentan bajos niveles de AIA, lo cual se atribuye al hecho de que el elemento está involucrado en la síntesis del triptófano, un aminoácido precursor de la auxina
Componente estructural enzimático: Anhidrasa carbónica y
alcohol deshidrogenasa. La primera es la enzima que mantiene estable el pH celular gracias a su acción buffer, impidiendo que las proteínas se desnaturalicen. La alcohol deshidrogenasa participa en la reducción del acetaldehído a alcohol (respiración anaeróbica)
ZINC (Zn)
Síntesis de auxinas (AIA): las plantas deficientes en zinc
presentan bajos niveles de AIA, lo cual se atribuye al hecho de que el elemento está involucrado en la síntesis del triptófano, un aminoácido precursor de la auxina
Activador de muchas enzimas. Entre ellas: anhidrasa carbónica
(AC) que acelera la hidratación reversible del CO2 a bicarbonato, en la fotosíntesis y tiene acción buffer, manteniendo estable el pH celular lo que impide que se desnaturalicen las proteínas, - alcohol deshidrogenasa que cataliza el paso de acetaldehído a etanol, - inhibe parcialmente la actividad de la ARNasa, la cual hidroliza el ARN, si hay deficiencia en Zn disminuye el contenido de ARN y por tanto de proteínas.
NIQUEL (Ni)
Componente de la enzima Ureasa que cataliza
la hidrólisis de la urea
Importante en la movilización del Nitrógeno
durante la germinación y crecimiento
temprano de la plántula.
Metabolismo de las bases púricas (se produce
SILICIO (Si)
Confiere rigidez a las paredes celulares y
células especializadas
Incrementa la resistencia al acamamiento e
infecciones fungosas
Reduce los efectos tóxicos de ciertos metales
Sodio (Na)
Fijación del carbono en plantas C4 y CAM
(regulación de la PEP)
Favorece la expansión celular