nutricion mineral

Nutrición mineral

�Introducción

�Concepto de esencialidad

�Clasificación y funciones

�Métodos de diagnóstico

�Absorción y transporte

Nutrientes esenciales

• Criterios de esencialidad (Arnon y Stout, 1934):– La planta no puede culminar su ciclo de vida en

ausencia del elemento.– La función del elemento no puede ser

desempeñada por otro.– El elemento deberá estar directamente implicado

en el metabolismo.

• Ni la presencia ni la concentración son criterios de esencialidad.

Clasificación de los elementos esenciales

• Macronutrientes esenciales:� C, O, H� N, P, K, S. Ca y Mg

• Micronutrientes esenciales:� Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl y Ni.

• Elementos beneficiosos:– Na, Si, Co,(Al), I, Ti, (Se),V,....(requerimiento ecológico u agronómico)

Clasificación por su función

• Grupo 1 : N y S (constituyentes de compuestos

orgánicos).

• Grupo 2 : P, B, Si (acumulación de energía o

integridad estructural).

• Grupo 3 : K, Na, Mg, Ca, Mn, Cl (se mantienen en su

forma ionica - cofactores-).

• Grupo 4 : Fe, Cu, Zn, Mo, Ni (involucrados en

transferencia de electrones).

Elementos minerales clasificados según su movilidad dentro de la planta

MÓVIL• Nitrógeno• Potasio

• Magnesio• Fósforo• Cloro• Sodio• Zinc

• Molibdeno

NO MÓVIL

• Calcio• Azufre• Hierro• Boro

• Cobre

Nitrógeno

• Función y presencia en planta:– Proteínas y ácidos nucleicos– N orgánico soluble: AA, amidas– N inorgánico: iones nitrato y amonio

• Síntomas de deficiencia:– Reducción en crecimiento de área foliar (IAF)– Reducción de Amax y EUL– Clorosis uniforme de hojas adultas, posible caída

antes de ser necróticas.– Cambios drásticos en partición de fotoasimilados

Fósforo

• Función y presencia en planta:– Como fosfato libre o como compuesto orgánico– Metabolismo energético (ATP, NADPH)– Moléculas y estructuras celulares (enlaces di ester

de ácidos nucleicos y fosfolípidos)• Síntomas de deficiencia:

– Enanismo con colores verdes intensos y pobre desarrollo radicular.

– Producción excesiva de antocianinas– Maduración retrasada (frutos y semillas)

Potasio

• Función y presencia en planta:– Catión mas abundante en vacuola y citoplasma.– Papel clave en osmoregulación (apertura y cierre

estomático).– Activador de más de 50 sistemas enzimáticos.– Mantenimiento del pH en citoplasma (neutraliza cargas

eléctricas negativas).– Rol en síntesis de celulosa y lignina.

• Síntomas de deficiencia:– Problemas en elongación celular.– Mal control estomático.– Tejidos con paredes celulares más débiles.– Necrosis de bordes y puntas de hoja.

Métodos de diagnóstico

• Cualitativos• Cuantitativos

– Análisis foliar• Nivel Crítico• Intervalo de suficiencia

– DRIS (Sistema integrado de recomendación y diagn.)

• Otros métodos cuantitativos– Fracción de nutrientes– Análisis de savia– Métodos histoquímicos y bioquímicos

Síntomas visibles de alteraciones nutricionales

• Clorosis: coloración verdepálido o amarillenta pordesarrollo subnormal de clorofila.

• Necrosis: muerte de tejidos

• Deformaciones

Epstein and Bloom, 2004 .

Síntomas de deficiencia en Tomate.

Síntomas de deficiencia en Frutilla

Buchanan, 2001.

Hojas de Eucalyptus globulus deficientes en N comparadas con hojas normales.

Arruda y Malavolta 2001.

Síntomas de deficiencia en Ecualyptus

Eucalyptus grandis con amarillamiento marginal por

deficiencia de K+

Progresión de síntomas de deficiencia de P en clones de E. grandis x urophylla.

Arruda y Malavolta 2001.

Síntomas de deficiencia en Eucalyptus

Deficiencias de macronutrientes en Pinus caribea.

http://www.forest.ula.ve

Deficiencias de algunos micronutrientes en Pinus caribea.

http://www.forest.ula.ve

Métodos de diagnóstico

• Cualitativos• Cuantitativos

– Análisis foliar• Nivel Crítico• Intervalo de suficiencia

– DRIS• Otros métodos cuantitativos

– Fracción de nutrientes– Análisis de savia– Métodos histoquímicos y bioquímicos

Zona de suficiencia Zona de toxicidad

Zona de deficien

cia

Concentración crítica

Concentración de nutriente en el tejido (µµµµmol/g peso seco)

Cre

cim

ient

o (%

)

Métodos cuantitativos

0.5 – 1.20.13 – 0.251.35 – 1.7Abeto (acícula)

3.0 – 6.00.4 – 0.654.0 – 5.5Tomate (hoja madura)

1.7 – 3.50.3 – 0.53.6 – 4.7Algodón (hoja madura)

2.9 – 3.80.3 - 0.53.0 – 4.5Trigo (parte aérea)

KPNEspecie

Intervalo de suficiencia (% en peso seco)

Intervalos de suficiencia para distintas especies v egetales

Arruda y Malavolta 2001.

Flückiger & Braun

Sistema integrado de recomendación y diagnóstico (D RIS)

Métodos de diagnóstico

• Cualitativos• Cuantitativos

– Análisis foliar• Nivel Crítico• Intervalo de suficiencia

– DRIS• Otros métodos cuantitativos

– Fracción de nutrientes– Análisis de savia– Métodos histoquímicos y bioquímicos

Nutrición mineral

�Introducción

�Concepto de esencialidad

�Clasificación y funciones

�Métodos de diagnóstico

�Absorción y transporte

Absorción de la planta(moles d-1 planta-1)

Superficie deabsorción(m2 planta-1)

Tasa de absorción

(moles d-1 m-2)Peso radical (g planta-1)

Superficie específica (m2 g-1)

Distancia desde la superficie radical

Con

cent

raci

ón d

e nu

trie

nte

en la

so

luci

ón d

el s

uelo

Elevado nivel de nutriente

Bajo nivel de nutriente

Plant Physiol., 2004.

Buchanan, 2001.

Bicapalipídica

Exterior celular

Interior celular

(citoplasma)

Proteínas periféricas

Proteínas integrales

Plano central de bicapa

Potencial de membrana

• Diferencia de potencial eléctrico a ambos lados de una membrana.

• El potencial eléctrico es negativo en la mayoría de las células, por lo tanto los cationes tienden a entrar, pero deben ser bombeados hacia el exterior.

µj = µj* + RTlnCj + zFE

µj*:potencial electroquímico en condiciones

standard

R: cte universal de los gases

T: temperatura absoluta

Cj:concentración del ion

z: carga eléctrica del ion

F: cte de Faraday

E: potencial eléctrico de la solución

Potencial electroquímico de un ion

En condición de equilibrio

µji = µje

µj + RTlnCji + zFEi= µj + RTlnCje + zFEe

Ei – Ee = RT (ln Cje/Cji)

zF

Ecuación de Nernst

Ei – Ee = RT (ln Cje/Cji)

zF

En equilibrio, la diferencia de concentración de un ion entre dos compartimentos está balanceada por la diferencia de voltaje entre

los compartimentos.

Fuerza ion motriz o gradiente de potencial electroquímico

Diferencia entre el potencial de membrana y el potencial de Nernst, multiplicada por la carga

del ion.

Criterios para definir el tipo de transporte

� Gradiente negativo: fuerza física que impulsa hacia adentro al ion.– TRANSPORTE PASIVO

� Gradiente positivo: ion tiende a salir, se requiere energía metabólica para que ingrese.– TRANSPORTE ACTIVO

Clasificación de proteínas transportadoras de membrana

1. Canales: Proteínas transmembrana que funcionan como poros selectivos.

– Siempre pasivo

– Tasa: ~ 108 iones/seg.

– Principalmente iones y agua.

2. Carriers: Sitio de unión, cambio conformacional.

– Generalmente activo

– Tasa: ~ 100 a 1000 iones/seg.

Transportadores activos

• Primarios: Bombas (H+ y Ca++)Directamente acoplados a una fuente metabólica de energía.

• Secundarios:– Simporte o co-transporte

– Antiporte o anti-transporte

Gradiente de

potencial

electroquímico

Alto

Bajo

Membrana

plasmáticaBomba

Proteína

carrierProteína

canal

Molécula transportada

Energía

Difusión simple

Difusión facilitada

Transporte pasivo

(en la dirección del gradiente electroquímico)

Transporte activo

primario (en contra

del gradiente

electroquímico)

Simporte Antiporte

Alto

Alto

Bajo

Bajo

EXTERIOR CELULAR

CITOPLASMAGradiente potencial

electroquímico de A.

Gradiente potencial

electroquímico de B.

EXTERIOR CELULAR

CITOPLASMA

Gradientes

para S y H

CITOPLASMA

EXTERIOR CELULAR

EXTERIOR CELULAR

CITOPLASMA

Membrana

plasmática

EXTERIOR CELULAR

CITOPLASMA

EXTERIOR CELULAR

Bombas

H+

Bombas

Ca+, ABC

Simporte

Antiporte

Canales

Canales

Antiporte

Difusión simple

Transporte activo

Concentración externa de la molécula transportada.

Concentración externa de nitrato (mM) Concentración externa de nitrato (mM)

Ingr

eso

de n

itrat

o (µ

mol

.g-1

peso

fres

co.h

-1)

Ingr

eso

de n

itrat

o (µ

mol

.g-1

peso

fres

co.h

-1)

Abs

orci

ón d

e K

+