21

21. LA NUTRICIN MINERAL

Contenidos: Introduccin. Composicin inrgnica de las plantas. Elementos esenciales: criterios de esenciabilidad.Macronutrientes. Micronutrientes. Elementos beneficiosos. Interacciones inicas. Funciones de los elementos minerales: formas utilizables.Sntomas de deficiencia. Aspectos ecolgicos de la nutricin mineral.

Objetivos: Aportar al alumno una visin global de los elementos qumicos que componen el residuo seco de una muestra vegetal. Distincin de un grupo de macronutrientes y otro de micronutrientes segn la importancia funcional para la planta. Descripcin de los cuatro grupos funcionales de nutrientes minerales, sus componentes y sus funciones. Valoracin de los sntomas padecidos por los vegetales con la carencia de cada elemento. Composicin qumica de soluciones nutritivas para mejorar la productividad vegetal. Mecanismos de transporte de nutrientes. Concepto y tipos de transporte activo y pasivo. Analizar cinticas desarrollo vegetal en funcin de la nutricin mineral y cinticas de absorcin de nutrientes e interpretar su significado. Importancia del nitrgeno para la planta. Fijacin biolgica del nitrgeno. Simbiosis con microorganismos fijadores de nitrgeno.

Introduccin:

Las plantas son organismos auttrofos que utilizan la energa solar (fotoauttrofos) para sintetizar sus componentes a partir de dixido de carbono, agua y elementos minerales. El 90-95% del peso seco de las plantas est constituido por C, H y O, que obtienen del CO2 y del agua. El 5-10% restante es muy diverso y constituye la fraccin mineral.

El metabolismo especfico referido a N y S ser estudiado en los dos prximos temas.

Composicin inorgnica de las plantas. Elementos esenciales:

El anlisis de la composicin mineral de numerosas especies ha permitido concluir que ni la presencia ni la concentracin de un elemento mineral son criterios de esenciabilidad. Para que un nutriente mineral sea catalogado de esencial debe cumplir tres criterios:

1. que la planta sea incapaz de completar su ciclo vital en ausencia del elemento

2. que posea una accin especfica que no pueda ser realizada por otro elemento

3. que el elemento tenga accin directa bien como componente de una molcula o como cofactor de una enzima.

Ademsde esto el elemento debe estar disponible en el suelo. Que un elemento este presente en el suelo no significa que este disponible: para su utilizacin por la planta el elemento debe encontrarse en el estado fsico-qumico que permita su captacin; no puede estar retenido entre coloides, en lugares a donde no lleguen las races, etc.

Existen tambin los elementos denominados beneficiosos, que compensan efectos txicos o tienen funciones especficas menores, sin que sean esenciales.

tabla 21-1. Elementos esenciales y beneficiosos para plantas, algas y hongos.

ClasificacinElementosPlantas superioresAlgas y hongos

Macronutrientes

Micronutrientes

Elementos beneficiososC, O, H, N, P,S, K, Mg, Ca

Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl, Ni

Na, Si, Co, I, V,...+

+

+

-

+ excepto Ca para los hongos

+ excepto B para los hongos y las algas, con la excepcin de las diatomeas

+

-

Como se aprecia en la tabla 21-1, los elementos esenciales pueden dividirse en: a) macronutrientes, elementos esenciales que no suelen ser limitantes en suelos edafolgicamente frtiles y que son necesarios en elevadas concentraciones y b) micronutientes u oligoelementos que son necesarios en pequeas concentraciones y que resultan por ello los ms difciles de modular.

El crecimiento de las plantas responde al contenido de nutrientes minerales segn una curva en la que se distinguen tres fases o intervalos: deficiencia, suficiencia y toxicidad,segn que la concentracin de nutrientes en el tejido vegetal sea limitante, ptima o excesivamente alta (vase figura 21-1.). A este tipo de curva se le denomina curva de cosecha. En trminos generales, los oligoelementos muestran mayor pendiente que los macronutrientes.

Figura 21-1. Curva de cosecha de un nutriente mineral.

El contenido de nutrientes en los tejidos vegetales depende mayoritariamente de tres factores: 1) dotacin gnica de las plantas, lo que nos indica tambin sus capacidades de adaptacin; 2)disponibilidad de nutrientes en estado qumico asimilable en el suelo o medio de cultivo; y 3) edad de la planta y parte fisiolgica que se considere. Con pocas excepciones (Ca, B, Fe), el contenido mineral desciende a medida que la planta envejece. Os rganos vegetativos, sobre todo la hoja, reflejan mejor que los reproductivos las fluctuaciones en el suministro de nutrientes.

El suelo es un medio muy heterogneo, lo que dificulta en muchas ocasiones el estudio de la nutricin mineral de las plantas. Para solventar ests problema surgieron las soluciones nutritivas , que son medios con una composicin definida que contienen todos los elementos esencialesen la forma inica de absorcin para la especie en estudio. Permiten el estudio adecuado de la interaccin entre nutientes. La solucin nutritiva se aplica bien por goteo (la forma ms prctica) o masivamente por debajo del sustrato. sta tima es la forma ms efectiva porque llega ms rpido al sistema radicular en crecimiento aunque presenta la desventaja de que permite un menor control de la economa hdrica. Otro tipo de medio de cultivo especial son los cultivos hidropnicos, que son aquellos que se realizan en ausencia de sustrato o emplear sustratos inertes como arena de cuarzo, perlita o vermiculita.

Las soluciones nutritivas tienen que cumplir todas una premisa: deben llevar elementos minerales en forma de anin y de catin. En la de Sachs (cuadro 21-2.) slo aparecen macronutrientes porque el agua de disolucin ya lleva trazas de los micronutrientes.

SalesFrmulaConcentracin (mM)

Nitrato potsico

Fosfato clcico

Sulfato magnsico

Sulfato clcico

Cloruro sdico

Sulfato ferrosoK NO3Ca3 (PO4)2Mg SO4 . 7H2O

Ca SO4Na Cl

Fe SO49,9

1,62,0

3,7

4,3

Trazas

tabla 21-2. Composicin de la solucin nutritiva de Sachs (1860).

Clasificacin de los elementos minerales segn su funcin en el metabolismo:

1. Componentes estructurales (carbohidratos, protenas, lpidos, cidos nucleicos) e intermediarios metablicos(C, H, O, N, S, P

2. Activadores enzimticos: elementos requeridos para la activacin de enzimas especficos(K, Ca, Mg, Mn, Zn

3. Reactivos redox, elementos que catalizan reacciones redox por medio de diversos estados de valencia(Fe, Cu, Mo

4. Elementos de funcin incierta(B, Cl

Sntomas de deficiencia mineral

Se definen como aquellos aspectos macromorfolgicos que presenta una planta y que pueden adscribirse a la deficiencia en un elemento mineral.

1.CLOROSIS: aperecen zonas amarillentas la superficie foliar como consecuencia de que la clorofila es desplazada por otros pigmentos, por inhibicin de su sntesis. Dependiendo de si se localiza en hojas viejas o jovenes podemos sacar conclusiones sobre la movilidad del elemento: si aparece primero en hojas jvenes quiere decir que el elemento no se moviliza mucho o es inmvil. Los elementos minerales se mueven siempre de hojas maduras a ms jvenes.

2. ACUMULACIN DE ANTOCIANOS (coloracin rojiza).

3.LOS QUE ORIGINAN PLANTAS ACHAPARRADAS O FRGILES.

Metabolismo mineral de los principales nutrientes minerales:

Nitrgeno: componente de protenas, coenzimas, nucletidos y clorofila est implicado en todos los procesos de crecimiento y desarrollo vegetal. Su principal sntoma de deficiencia es la clorosis. El in amonio acta como activador de muchas enzimas. Las plantas incorporan el N principalmente en forma de nitratos que toman del suelo.

Fsforo: el fosfato tomado por la planta no necesita ser reducido antes de ser incorporado en la materia orgnica. Forma parte de los cidos nucleicos , adenosn-fosfatos y piridn nucletidos por lo que participa en todas las reacciones energticas del metabolismo, procesos anablicos y transferencia de las caractersticas hereditarias. Su deficiencia, por tanto provoca severas alteraciones del metabolismo y desarrollo vegetal.

Azufre: participa en la estructura de las protenas formando parte de los aminocidos azufrados, y en cofactores como el coenzima A, la tiamina y la biotina.

Potasio: nico catin monovalente esencial para los vegetales. Acta como activador de enzimas como la aldolasa, piruvato kinasa. Se requiere en grandes cantidades. Participa en el mecanismo regulador de la apertura y cierre de estomas.

Calcio: forma parte del pectato clcico situado en la lmina media de la pared celular contribuyendo a la rigidez de sta. Puede actuar como agente protector contra los hidrogeniones, concentraciones salinas elevadas o contra iones potencialmente txicos. Termoestabilizador de las -amilasas.

Magnesio: forma parte de la molcula de clorofila. Activador enzimtico de la Rubisco y de casi todos los enzimas que actan sobre sustratos fosforilados.

Manganeso: acta como transportador de electrones entre el agua y el fotosisitema II. Su deficiencia provoca una desorganizacin de la membrana del cloroplasto que se traduce en una inhibicin del PS II. Forma parte del complejo de fotlisis del agua.

Zinc: desempea un importante papel en la ruta que lleva a la formacin de AIA, la principal auxina. Se precisa como activador enzimtico de la anhidrasa carbnica y la triosa fosfato deshidrogenasa. Su deficiencia se manifiesta por acmulo de compuestos nitrogenados solubles, como aminocidos y aminas, lo que sugiere una inhibicin de la sntesis proteica y una activacin de la actividad ribonuclesica.

Hierro: importante para la fotosntesis porque sin l no podra llevarse acabo la biosntesis de la clorofila. Participa en reacciones redox tanto fotosintticas como de respiracin.

Molibdeno:forma parte del enzima nitrato reductasa y de la nitrogenasa (que lleva acabo la fijacin del N2 atmosfrico) .

Fitorremediacin:

Consiste en un mtodo natural para la recuperacin de zonas contaminadas con productos derivados de la actividad industrial y/o agrcola no-controlada, a menudo metales pesados como As, Cr, Cu, Pb y Zn mediante el uso de especies vegetales capaces de retirar los contaminantes del suelo. A estas especies se les denomina hiperacumuladoras. Existen plantas que tienen esta habilidad intrnseca, pero gracias a las modernas tcnicas de ingeniera gentica es posible obtener plantas con estas propiedades que antes del experimento no las posean.

La fitorremediacin se emplea especialmente en emplazamientos que hayan sido contaminados con metales, plaguicidas, solventes, explosivos, petrleo, hidrocarburos aromticos y lixiviados procedentes de vertederos.

Sus caractersticas principales son:

Es una tcnica de limpieza pasiva, estticamente agradable y dependiente de la energa solar.

Se emplea en zonas no muy extensas donde la contaminacin no est a mucha profundidad.

Puede emplearse para un rango amplio de contaminantes.

MARA ORIA DEL HOYO

EMBED PBrush