Tema 6. nutricion_mineral

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Tema 6. nutricion_mineral

  1. 1. Tema 6Nutrición mineral de las plantas 1
  2. 2. Objetivo Conocer de qué elementos minerales se alimentan las plantas 2
  3. 3. Contenido Introducción Composición inorgánica de las plantas Elementos esenciales Elementos beneficiosos Funciones de los elementos minerales Síntomas de deficiencia Interacción planta-microorganismo 3
  4. 4. Composición inorgánica de las plantas 4
  5. 5. Nutrición mineral Es la parte de la Fisiología Vegetal que estudia los procesos relacionados con la adquisición de los elementos minerales y el papel que éstos representan en la vida de las plantas. 5
  6. 6. Historia Antes del XVII. Prevalece la idea aristotélica de que la materia estaría formada por tierra, aire, agua y fuego. Van Helmont (1577-1644). Realiza el primer experimento cuantitativo en nutrición mineral y resalta el papel del agua. John Woodward (1665-1728). Destaca la importancia de las sustancias minerales en el crecimiento vegetal. Von Liebig (1848). La nutrición mineral como disciplina científica. 6
  7. 7. 7
  8. 8. Soluciones nutritivas 8
  9. 9.  A mediados del siglo XIX, J. Sachs diseña la primera solución nutritiva que permite crecer a las plantas en ausencia de suelo. Sería la antesala de los cultivos hidropónicos, herramienta principal a la hora de establecer la esenciabilidad de los nutrientes. 9
  10. 10.  En la técnica de cultivo hidropónico se reemplaza el sustrato natural, el suelo, por agua o algún otro material inerte (cuarzo, vermiculita o perlita), de tal forma que no proporcione a la planta ningún nutriente. Al sustrato inerte se añade una solución nutritiva que contendrá diversas sales inorgánicas. 10
  11. 11.  Cuando se estudia la respuesta del crecimiento frente a cantidades variables de un nutriente, se obtiene una curva como la siguiente, llamada CURVA DE COSECHA. 11
  12. 12. Relaciones cuantitativas entre el suministro de sales minerales y el crecimiento de la planta 12 http://www.euita.upv.es/varios/biología/index.htm
  13. 13. Elementos esenciales 13
  14. 14.  Su presencia es determinante para completar el ciclo biológico. No debe poder ser reemplazado por otro en su acción. El elemento deberá estar directamente implicado en la nutrición vegetal, ya sea como constituyente de un metabolito esencial, o que sea requerido para el funcionamiento de un enzima -Arnon y Stout, 1934- 14
  15. 15. Macronutrientes Micronutrientes Otros (4%) Micronutrientes Macronutrientes FeC, H, O (96%) N Cl P Mn Ca Bo K Zn Mg Cu S Mo 15 Ni *
  16. 16. Macronutrientes ELEMENTO FORMA DE ABSORCIONC, O, H CO2,  H2O u O2Nitrógeno NO3- o NH4+  Potasio K+  Calcio Ca2+  Fósforo H2PO2- o HPO42- Magnesio Mg2+  Azufre SO42-   16
  17. 17. Micronutrientes ELEMENTO FORMA DE ABSORCIONHierro Fe2+ o Fe3+  Cloro Cl-  Cobre Cu2+  Manganeso Mn2+  Zinc Zn2+  Molibdeno MoO42-  Boro BO3- o B4O72-   17
  18. 18. Funciones Grupo I. Componentes estructurales de compuestos biológicos (carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos) e intermediarios metabólicos : C, H, O, N, S, P Grupo II. Activadores enzimáticos: K, Ca, Mg, Mn, Zn Grupo III. Catalizan reacciones redox: Fe, Cu, Mo Grupo IV: Función incierta: B, Al 18
  19. 19. Nitrógeno Más del 50% se halla en compuestos de elevado peso molecular (proteínas y ácidos nucleicos) Nitrógeno orgánico soluble (aminoácidos, amidas, aminas…) Nitrógeno inorgánico (iones nitrato y amonio) 19
  20. 20. Fósforo Se encuentra como fosfato Forma enlaces ricos en energía: ATP Papel clave en el metabolismo energético (fotosíntesis, respiración…) Papel estructural (fosfolípidos…) 20
  21. 21. Potasio Papel osmorregulador (abertura y cierre estomas) Movimientos de plantas (nactias y tactismos) Activador de enzimas 21
  22. 22. Azufre Forma parte de sulfolípidos, aminoácidos, de diversas coenzimas… Fitoquelatinas, proteínas de bajo pm con un elevado número de aa azufrados que forman complejos con metales pesados 22
  23. 23. Calcio Pared celular (pectinas) y membrana Segundo mensajero en cascadas de señales de las plantas Unión a Calmodulina 23
  24. 24. Magnesio Clorofila Activador de enzimas como Rubisco, PEP carboxilasa y glutamato sintasa Forma complejos con el ATP Síntesis de ATP a partir de ADP 24
  25. 25. Hierro Forma parte de los grupos catalíticos de muchas enzimas redox del tipo hemoproteínas como citocromos, catalasas, peroxidasas… Forma parte de sulfoferroproteínas: ferredoxina, nitrito reductasa, sulfito reductasa, nitrogenasa… 25
  26. 26. Manganeso Transporte de electrones en fotosíntesis desde el agua al fotosistema II Activador de muchos enzimas del ciclo de Krebs 26
  27. 27. Cobre Está presente en diversas proteínas y enzimas implicadas en procesos de oxidación/reducción  Plastocianina (fotosíntesis)  Citocromo c oxidasa (respiración mitocondrial) 27
  28. 28. Zinc Estabilizador de la molécula de clorofila Relación con los niveles de auxinas  Papel en la síntesis del triptófano, precursor de las auxinas Necesario para la actividad de numerosos sistemas enzimáticos Regulador de la expresión génica por su papel en la estabilidad del ribosoma y su presencia en la RNA polimerasa 28
  29. 29. Molibdeno Nitrato reductasa y Nitrogenasa 29
  30. 30. Boro El 95% se halla en las paredes celulares Relación con los principales procesos de la fisiología vegetal: división y crecimiento, germinación, regulación hormonal 30
  31. 31. Cloro Soluto osmóticamente activo Protector del cloroplasto Participación en la fotolisis del agua, con emisión del O2 Mantenimiento del gradiente de pH entre citosol y vacuola por activación de la ATPasa del tonoplasto 31
  32. 32. Níquel Ureasa (metabolismo de ureidos, hidrólisis de la urea) 32
  33. 33. Elementos beneficiosos 33
  34. 34.  No son necesarios para la generalidad de las plantas pero producen efectos beneficiosos en algunas. Pueden reemplazar a algún elemento esencial en alguna de sus funciones menores, o bien compensar los efectos tóxicos de otros elementos 34
  35. 35.  Sodio= plantas C4, transporte de pirúvico entre células del mesófilo y de la vaina Silicio= resistencia mecánica de la pared celular Cobalto= fijación de N 2 Aluminio= reduce toxicidad causada por otros elementos Selenio= procesos de óxido-reducción Titanio= incrementa la producción de biomasa, activador de pigmentos fotosintéticos (Fe2+) 35
  36. 36. Otros elementos 36
  37. 37.  Iodo (I) Vanadio (V) Tierras raras (Ce, La) 37
  38. 38. Síntomas de deficiencia 38
  39. 39. Móvil Inmóvil Nitrógeno Potasio . Calcio Magnesio Azufre Fósforo Hierro Cloro Boro Sodio Cobre Zinc MolibdenoLos elementos móviles se traslocan de las partes viejas a las jóvenesde la planta, siendo las partes más viejas las que primero sufrenla deficiencia 39
  40. 40. 40
  41. 41. 41
  42. 42. NitrógenoEl nitrógeno es un elemento queda vigor a las plantas yabundancia de hojas.Síntomas:• hojas más claras; los síntomasson más evidentes en las hojasviejas.• planta con aspecto raquítico yamarillento. 42
  43. 43. Magnesio• En hojas viejas, un coloramarillento tanto entre losnervios como en los bordes,siendo las hojas de abajo lasmás afectadas menos untriángulo verde que queda en labase. Más tarde, también afectaa las hojas jóvenes. 43
  44. 44. CalcioMenos frecuente que otras. Los síntomas varían entre especies; generalmente se observará necrosis de los ápices y de las puntas de hojas jóvenes, además de algún tipo de deformación de las hojas, generalmente en gancho hacia abajo, y, a menudo, clorosis en el nuevo crecimiento 44
  45. 45. Azufre Los síntomas son muy semejantes a la carencia de Nitrógeno y es difícil saber si corresponde a uno u otro. Sería necesario un análisis foliar de laboratorio. 45
  46. 46. FósforoSíntomas Hojas con un verde oscuro apagado que adquieren luego un color rojizo o púrpura característicos y llegan a secarse. 46
  47. 47. PotasioSíntomas Lo más típico, son los bordes y puntas de las hojas más viejas secas después de amarillear. 47
  48. 48. HierroSíntomas La clorosis férrica se manifiesta primero en las hojas jóvenes, que se ven amarillas, menos los nervios que permanecen verdes. Más tarde, quedarán casi totalmente amarillas. También en las hojas viejas aparecen síntomas de amarilleo. En los suelos calizos el Fe está bastante insoluble, es decir como mineral, no disuelto en agua, y por tanto, no disponible por las raíces.Quelatos Cuando se produce esta carencia, se dan quelatos de Hierro, que tienen una estructura química que evita su insolubilización en el suelo. 48
  49. 49. ManganesoSíntomas La carencia de Manganeso ofrece síntomas parecidos a los del Hierro: hojas jóvenes amarillas entre los nervios que permanecen verdes. Se puede diferenciar porque en este caso aparece una aureola verde alrededor de los nervios. 49
  50. 50. Z©incSíntomas La carencia de Zinc se da sobre todo en árboles frutales. Se manifiesta en las hojas más jóvenes, las brotadas en el año. Los entrenudos se acortan en los brotes, formando rosetas de hojas amarillentas, pequeñas y estrechas. Las hojas viejas aparecen bronceadas y se caen fácilmente. 50
  51. 51. Los nutrientes en el suelo 51
  52. 52.  Las partículas del suelo pueden llevar sobre su superficie una cierta cantidad de cargas fijas (negativas, normalmente), capaces de adsorber ciertos cationes, como K+ o Ca2+. Los cationes adsorbidos no son arrastrados por el agua gravitacional y pueden pasar a la solución del suelo o a la raíz mediante su intercambio por otro catión o por protones procedentes del ácido carbónico. 52
  53. 53. 53http://www.euita.upv.es/varios/biología/index.htm
  54. 54. E papel del ácido carbónico l(A) La reacción del agua con el dióxido de carbono produce ácido carbónico(H2CO3), la mayor parte del cual se disocia en el anión bicarbonato y un protón.Alguno de estos aniones se disocia posteriormente liberando otro protón y elanión carbonato.(B) Los protones liberados a partir del ácido carbónico pueden difundir cerca delos cationes atraídos por las micelas y desestabilizar esta atracción lo queproduce la liberación del catión.(C) A medida que los cationes quedan libres pueden ser absorbidos por la raíz(flecha roja) o pueden quedar libres en el medio (flecha azul) H2CO3 H+ + H+ + CO32- CO2 Pelo radical Pelo radical (B) (B) (C) 54
  55. 55. Factores que influyen en ladisponibilidad de un nutriente para la planta 55
  56. 56. El pH Neutro o poco ácido (5-7): favorece la disponibilidad de los nutrientes. Un pH muy bajo puede insolubilizar algunos nutrientes y movilizar el aluminio (Al 3+), con frecuencia tóxico. Valores muy altos: reducen la disponibilidad. La baja solubilidad de algunos iones metálicos se contrarresta si se forman quelatos con moléculas orgánicas solubles . 56
  57. 57. Escasez o ausencia de O2 Predominan las formas químicas reducidas: menos solubles y, por tanto, menos absorbibles. Los ambientes oxidantes favorecen la absorción de muchos nutrientes.  Nitrógeno: estará como NO - en lugar de 3 cómo NH4+ 57
  58. 58. Salinidad Precipitaciones escasas para lavar las sales del suelo  Estrés hídrico (producción de sustancias solubles: betaína, prolina, sacarosa, manitol, glicerol…  Toxicidad iónica por exceso de absorción de Na (fertilización con Ca) 58
  59. 59. Metales pesados Fitorremediación fitoquelatinas=ligandos de alta afinidad que se unen a elementos pesados 59
  60. 60. Interacción planta- microorganismo 60
  61. 61. Fijación biológica del nitrógenoNódulos radiculares de leguminosas  Rhizobium-leguminosas  Frankia-no leguminosa  Cianobacterias-Azolla (helecho) 61
  62. 62. Micorrizas 62
  63. 63.  La micorriza es una asociación simbiótica entre especies vegetales y hongos micorrízicos. BENEFICIOS  El hongo mejora su nutrición ya que la planta le aporta carbohidratos (sacarosa) y encuentra un nicho ecológico idóneo para completar su ciclo vital.  La planta mejora su nutrición, resistencia frente a patógenos y frente al estrés hídrico 63
  64. 64. Tipos de micorrizas Las raíces de cerca del 95% de todas las clases de plantasvasculares participan normalmente en las asociacionessimbióticas con micorrizas. Se clasifican en:  ECTOMICORRIZAS  ENDOMICORRIZAS  ECTENDOMICORRIZAS  DE ERICALES  DE ORQUIDACEAS 64 Tipos de micorrizas (Arriagada, 2001)
  65. 65. Ectomicorriza SEM de raíz de pino colonizada por Pisolithus tinctorius. Manto de hifas (flecha)-El micelio rodea a la raíz formando una envoltura llamada MANTO, penetrando sólo hasta lacapa celular superficial. Dicho manto es capaz de explorar un gran volumen de suelo,multiplicando el poder absorbente de los pelos radiculares de las raíces.-No hay penetraciones celulares.-Las raíces infectadas están en la capa de mantillo del suelo y producen grandes cuerposfructíferos que liberan esporas-Las raíces infectadas detienen su crecimiento apical y quedan cortas y sin pelos radicales, alcontrario de las más profundas, que no son infectadas.-Basidiomycetes.-3-5% plantas terrestres (forestales: pino, roble, abedul, sauce, encina,65 nogales, etc) tilos,
  66. 66. Endomicorrizas-El micelio invade la raíz, inicialmente es intercelular, pero luego penetra en el interior de lascélulas corticales.-Zygomicetes (Glomales)-más 90% plantas (herbáceas de interés agrícola: trigo, maíz, legumbres, verduras, etc; leñosas(naranjos, manzanos, cerezos, ciruelos, plataneras, etc.), arbustos de matorral mediterráneo(jaras, tomillos, romeros, salvias, lavandas, etc.)-Las vesículo-arbusculares o VA son las más comunes y ampliamente distribuidas. Producenpenetraciones celulares de dos tipos: haustorios ramificados dicotómicamente (arbúsculos) yvesículas de acumulación. 66
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