Nutrición Mineral

de las plantas

¿Qué es la nutrición de las plantas?

El termino nutrición hace referencia a los pasospor los cuales los organismos vivos asimilan losalimentos y los emplean para su crecimiento ydesarrollo

El estudio de la nutrición de plantas toma enconsideración las interrelaciones entre loselementos minerales del suelo o medio decrecimiento, los procesos relacionados con laabsorción de estos elementos, su asimilación y lafunción vital que desempeñan en las plantas

Por cada 100g de materia seca:

Niveles óptimos de los elementos en los tejidos de las plantas

Carbono45 %

Oxígeno45

Hidrógeno6

Nitrógeno1,5

Potasio1,0

Calcio0,5

Magnesio0,2

Fósforo0,2

Azufre0,1

ilicio0,1

Cloro100 ppm

Hierro100

Boro20

Manganeso50

Sodio10

Zinc20

Cobre6

Niquel0,1

Molibdeno0,1

Nutrición mineral de las plantas

Aproximadamente el 96% de la masa seca delos tejidos vegetales esta compuesto por C, Hy O .

Los otros 16 elementos sólo representancerca del 4% de esta masa seca

No obstante, frecuentemente las deficienciasde cualquiera de estos 16 elementos, reduce laproducción y limita el crecimiento de loscultivos

- Los demás elementos son tomados,principalmente del suelo, absorbidos por laraíz con el agua.

El contenido mineral de los tejidos vegetaleses variable, dependiendo del tipo de planta,las condiciones climáticas prevalecientesdurante el período de crecimiento, lacomposición química del medio y la edad deltejido, 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 lasplantas no pueden vivir

E. Útiles o no esenciales: aún cuando la plantapuede vivir sin ellos, su presencia contribuyeal crecimiento, producción y/o resistencia acondiciones desfavorables del medio (clima,plagas) (=E. beneficiosos)

E. Tóxicos: su efecto es perjudicial a la planta.

Clasificación de los elementos minerales

Criterios de Esenciabilidad

La ausencia del elemento impide que la plantacomplete su ciclo de vida

La acción del elemento debe ser especifica, esdecir, no puede ser sustituido completamentepor ningún otro

El elemento debe estar involucradodirectamente en el metabolismo de la planta

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)

De acuerdo su contenido en la planta:

Clasificación de acuerdo a su función fisiológica y bioquímica

1.- Elementos que forman compuestos orgánicos (N,S)

2.- Elementos importantes en las reacciones dealmacenamiento de energía o para mantener laintegridad estructural (P, Si, B)

3.- Elementos presentes como iones libres o unidos aotras sustancias (K, Ca, Mg, Cl, Mn, Na). Participan enla osmorregulación y actividad enzimática(cofactores).

4.- Elementos involucrados en la transferencia deelectrones (Fe, Zn, Cu, Ni, Mo). Tambien: cofactoresde enzimas

Movilidad dentro de la planta

MOVILES INMOVILES

Nitrógeno

Potasio Azufre

Fósforo Boro

Magnesio Cobre

Cloro Hierro

Zinc Calcio

Molibdeno Manganeso

Sodio

Deficiencias Minerales

El elemento en la solución del suelo estádisponible para la planta, pero suconcentración es muy baja.

El elemento está presente bajo una formaquímica que no puede ser utilizada por laplanta, no hay disponibilidad.

Antagonismo: la presencia de un elementoen una determinada concentración puedeimpedir la absorción del otro. El Mg esantagónico con al Ca y K.

Nutrición mineral y crecimiento en las plantas

Además de luz, temperatura y agua las plantas requieren deelementos minerales, si estos son insuficientes se reduce elcrecimiento.

En General:

1. Para que el funcionamiento metabólico de la planta seaadecuado y su desarrollo óptimo es necesario que exista unequilibrio entre las sustancias nutritivas.

2. Un exceso o déficit de minerales origina plantas débiles,susceptibles al ataque de plagas y enfermedades, baja calidad delos frutos y malas cosechas.

3. Para los minerales esenciales se puede establecer una relacióncuantitativa entre su concentración y el crecimiento de la planta.

Se debe conocer la función de cada uno elemento en la planta y surelación con los demás elementos minerales

- Suministro del elemento mineral (creciente) +

METABOLISMO DE LOS

ELEMENTOS MINERALES

EN GENERAL, LOS MINERALES DEBEN SER:

ABSORBIDOS, REDUCIDOS (N,S) E

INCORPORADOS AL METABOLISMO DE LA

PLANTA

MACRONUTRIENTES

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

Reducción del Nitrógeno

Ocurre en el citosol, fuera de todo organelo

NO3-

NR NO2H2O

➢ Catalizada por la nitrato reductasa (NR)(flavoproteina que contiene molibdeno)

➢ Necesita del poder reductor del NADH productode la respiración

En células de hojas y raíces se reduce el nitrato a

amonio, en dos fases:

Reducción del Nitrógeno

NO2 NiR NH4+

2 H2O aas

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)

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 involucrado en la regulación osmótica

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)

SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA

En general:

Las plantas que crecen a bajos niveles de nitrógenoson de color verde claro y muestra clorosis,principalmente en hojas viejas. Las hojas jóvenespermanecen verdes por períodos más largo, ya quereciben nitrógeno soluble de las hojas mas viejas.

Algunas plantas como el tomate y el maíz, exhiben unacoloración purpúrea en los tallos, pecíolos y caraabaxial de las hojas, debido a la acumulación deantocianinas.

La relación vástago/raíz es baja, ya que predomina elcrecimiento radicular sobre el foliar. El crecimiento demuchas 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 hojas se acelera. Necrosis posterior

Fósforo (P)

Las plantas absorben el fósforo del sueloprincipalmente como H2PO4– y HPO42-

El ión H2PO4– se absorbe más rápidamenteque el HPO42- (Suelos de pH menor a nueve)

En plantas jóvenes, abunda más en los tejidosmeristematicos

Se trasloca rápidamente desde los tejidosadultos a los jóvenes y a medida que la plantamadura la mayoría del elemento se moviliza asemillas y/o frutos

Funciones Generales

El fósforo, luego del nitrógeno, es el elemento más limitanteen los suelos. Se encuentra en la planta como uncomponente de carbohidratos activados (por ejemplo laglucosa -6- fosfato, fructosa -6- fosfato, etc); En los Acidosnucleicos, fosfolípidos, y fosfoproteinas.

El papel central del fósforo es en la transferencia deenergía por fosforilación :

- En la transferencia de energía, juegan un papelimportante los nucleótidos altamente reactivos: ATP(adenosina trifosfato), ADP (adenosina difosfato), GTP(guanosina trifosfato), GDP (guanosina difosfato), UTP(uridina trifosfato), UDP (uridina difosfato), CTP (citosinatrifosfato) y CDP (citosina difosfato).

-- Los carbohidratos antes de ser metabolizados sonfosforilados.

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 setransforma en compuestos energéticos a ser utilizadosen los procesos anabólicos utilizando ATP u otroscompuestos energéticos.

Requerido en todos los procesos de fosforilación parala activación de todas las rutas bioquímicas.

Efector de enzimas, como la fosfofrutoquinasa en elmetabolismo de los carbohidratos.

Distribuidor del carbono fijado en la fotosíntesis (enforma de triosa fosfato).

Síntomas de deficiencia:

En cereales se caracteriza por un retardo en el crecimiento, lasraíces se desarrollan poco y se produce enanismo en hojas y tallos.Es frecuente la acumulación de antocianina en la base de lashojas.

En maíz: Hojas de Coloración verde intenso, con poco brillo y posterior acumulación de pigmentos

El fosfato se redistribuye fácilmente en muchas plantas y semueve de las hojas viejas hacia las jóvenes en las que se almacena;se acumula también en flores en proceso de desarrollo y ensemillas. Como resultado de esto, las deficiencias de fósforo seobservan primero en hojas maduras.

SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA ESPECIFICOS

Atraso de la floración

Reducción de crecimiento en frutos y semillas

Potasio (K)

El potasio (K) es absorbido por las plantas engrandes cantidades, más que cualquier otroelemento a excepción del Nitrógeno

Se encuentra en la solución del suelo comocatión 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

celular.

Potasio (K)

FUNCIONES ESPECÍFICAS

Mantenimiento del balance hídrico de laplanta (turgor y mantenimiento delpotencial osmótico). De acuerdo a suconcentración se regulan mecanismos deabsorción de agua (osmolito).

FUNCIONES ESPECIFICAS

Fotosíntesis: indirectamente al regular la aperturaestomática y promoviendo la síntesis de Rubisco;directamente activando el sistema de citocromos

Estabilizador del pH celular (equilibrando cargasnegativas de iones como Cl y de ácidos orgánicos)

El potasio actúa como un cofactor o activador demuchas enzimas del metabolismo de carbohidratos yproteinas. Una de las más importantes la piruvato-quinasa, enzima principal de la glucólisis yrespiración.

Interviene en el trasporte activo de iones (activadorde las ATPasa) y de fotoasimilados (como contraión).

Los iones potasio son también importantes en la fijación delRNAm a los ribosomas (traducción del ADN)

Así como el nitrógeno y el fósforo, el potasio se traslada delos órganos maduros hacia los jóvenes; de tal forma que ladeficiencia de este elemento se observa primero como unamarillamiento ligero en hojas viejas. En las dicotiledóneaslas hojas se tornan cloróticas, pero a medida que progresala deficiencia aparecen manchas necróticas de color oscuro.

La deficiencia de potasio se conoce comúnmente comoquemadura. En los cereales, las células de los ápices ybordes foliares mueren primero, propagándose la necrosishacia la parte más joven de la base foliar. Ejemplo, el maízdeficiente de potasio presenta tallos débiles y las raíces sehacen susceptibles a infecciones por patógenos que causansu pudrición.

DEFICIENCIA

SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA

Amarillamiento y necrosis de los márgenesfoliares, que comienza en las hojas más bajas.

Disminución de turgencia. Plantas muysusceptibles a marchitamiento por estréshídrico

Mayor susceptibilidad al ataque de patógenosa la raíz, tallos propensos a daños por vientos,lluvia, etc.

Azufre (S)

Las plantas toman el azufre,principalmente, como sulfato (SO4-2)mediante la absorción radical, aunque eldióxido de azufre atmosférico (SO2-)puede ser absorbido por las hojas enpequeñas cantidades.

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

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)

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 compuestos insolubles

Calcio (Ca)

FUNCIONES

El calcio es acumulado por las plantas, especialmenteen las hojas donde se deposita irreversiblemente. Esun elemento esencial para el crecimiento demeristemas y el funcionamiento apropiado de losápices radicales.

Tiene la función de impedir daños a la membranacelular, evitando el escape de sustanciasintracelulares.

Actúa como un regulador de la división y extensióncelular, a través de la activación de una proteínamodulada por calcio (calmodulina).

FUNCIONES

- Componente de la lámina media de la paredcelular (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 actualmentecomo un regulador intracelular importante denumerosos procesos bioquímicos y fisiológicos.Está Involucrado en los procesos detransducción como segundo mensajero

SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA

Reducción inmediata de la tasa de crecimiento, pormuerte de ápices, yemas terminales y regionesmeristemáticas.

Crecimiento deforme de láminas foliares

Se afecta el crecimiento radical. Reducción de raícessecundarias

Inhibe la germinación del polen y el crecimiento deltubo polínico.

Síntomas específicos para tomate, maní, cereales ytubérculos y raíces.

SINTOMAS DE DEFICIENCIA DE CALCIO

Magnesio (Mg)

El magnesio es absorbido como catión (Mg2+) y estraslocado rápidamente desde a los tejidos viejos alos nuevos: los síntomas de deficiencia se observanprimero 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 defotofosforilación y también lasreacciones de fosforilación quepermiten la regeneración de la Rubisco(Fotosíntesis).

Compuesto de reserva en semillas

SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA

Clorosis intervenal en las hojas más bajas, seguida de coloraciones púrpura y posterior formación de manchas necróticas

SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA

MICRONUTRIENTES

Hierro (Fe)

Se absorbe por las raíces en forma deión ferroso (Fe 2+), férrico (Fe 3+) y enforma de quelatos, siendo la primera laforma más común.

Relativamente inmóvil por el floema. Lasintomatología de deficiencia seobserva primero en hojas jóvenes.

Hierro (Fe)

FUNCIONES

Implicado en los procesos de oxidoreducción (transporte de electrones).Reducción del oxígeno hasta agua enrespiración

Parte estructural de la molécula deferredoxina

Hierro (Fe)

FUNCIONES

Activador enzimático: cofactor de sistemascomo citocromo oxidasa (transporte deelectrones en respiración) enzimasinvolucradas 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

SÍNTOMAS DE DEFICIENCIA

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

la enzima que cataliza la reacción)

Boro (Bo)FUNCIONES

- En estudios realizados con meristemas de ápicesradicales, se ha encontrado que en ausencia de boro lasíntesis de ADN y de la división celular cesan, sinafectar el alargamiento celular, produciendohinchamiento 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, impidiendodaños a las membranas celulares.

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). Evita daños celulares

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

con el Cl-), fase inicial de la fotosíntesis.

CLORO (Cl)

Fotolisis del Agua (Reacción de Hill): participa activamente enla fotolisis del agua, la cual no se lleva a cabo si no estápresente el elemento

Estabilidad del cloroplasto: es imprescindible para laestabilidad del cloroplasto, probablemente como protector dela oxidación de los componentes lipoproteicos de lasmembranas tilacoidales.

Estimula la acción de las ATPasas ubicadas en el tonoplasto. Adiferencias de las del plasmalema, estas bombaselectrogénicas, no son activadas cationes monovalentes comoK+ pero si son activadas por el Cloro. Estas bombas participanen 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

constituyente de sistemas enzimáticos

ZINC (Zn)

Síntesis de auxinas (AIA): las plantas deficientes en zincpresentan bajos niveles de AIA, lo cual se atribuye al hecho deque el elemento está involucrado en la síntesis del triptófano,un aminoácido precursor de la auxina

Componente estructural enzimático: Anhidrasa carbónica yalcohol deshidrogenasa. La primera es la enzima quemantiene estable el pH celular gracias a su acción buffer,impidiendo que las proteínas se desnaturalicen. La alcoholdeshidrogenasa participa en la reducción del acetaldehído aalcohol (respiración anaeróbica)

ZINC (Zn) Síntesis de auxinas (AIA): las plantas deficientes en zinc

presentan bajos niveles de AIA, lo cual se atribuye al hecho deque 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 abicarbonato, en la fotosíntesis y tiene acción buffer,manteniendo estable el pH celular lo que impide que sedesnaturalicen las proteínas, - alcohol deshidrogenasa quecataliza el paso de acetaldehído a etanol, - inhibe parcialmentela actividad de la ARNasa, la cual hidroliza el ARN, si haydeficiencia en Zn disminuye el contenido de ARN y por tantode proteínas.

Participa en la estabilidad del ribosoma.

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

urea)

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

pesados

Sodio (Na)

Fijación del carbono en plantas C4 y CAM

(regulación de la PEP)

Favorece la expansión celular

Puede sustituir parcialmente al potasio como

soluto osmóticamente activo