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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