Nutrição mineral

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Aula ministrada na disciplina de fisiologia vegetal para o curso de Biologia

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Nutrição mineral

  1. 1. Universidade Estadual de Goiás Prof.: Dra. Fernanda Melo Carneiro Nutrição Mineral
  2. 2. Composição química
  3. 3. Nutrição Mineral  Mineradoras da crosta terrestre  Produtividade aumenta linearmente com o aumento de nutrientes  Aumento no consumo de fertilizantes  plantas consomem menos da metade do fertilizante adicionado  Lixiviação  Consumo de metais pesados  Pedologistas, hidrologistas, microbiologistas, ecologistas e fisiologista vegetal
  4. 4. O que são nutrientes essenciais?  A ausência impede a planta de completar o ciclo  Tem papel fisiológico claro, não pode ser substituído  Envolvido no metabolismos da planta  Oxigênio, carbono e hidrogênio não são considerados nutrientes minerais pois são obtidos a partir da água e compostos orgânicos.  Divididos em Macronutrientes e Micronutrientes
  5. 5. Macronutrientes Micronutrientes
  6. 6. Função Bioquímica  Grupo 1 – Nutrientes que fazem parte dos compostos carbônicos  (N, S)  Grupo 2 – Nutrientes importantes na armazenagem de energia ou integridade estrutural  (P, Si, B)  Grupo 3 – Nutrientes que permanecem na forma iônica  (K, Ca, Mg, Cl, Mn, Na)  Grupo 4 – Nutrientes envolvidos em reações de redox  (Fe, Zn, Cu, Ni, Mo) Obs.: Esses elementos desempenham diferentes funções e
  7. 7. Nutrientes Essenciais  Essenciais....alguns elementos são essenciais somente para um determinado grupo de plantas  Muitas espécies ou grupos taxonômicos são caracterizados por possuírem quantidades altas ou baixas de alguns nutrientes  Eudicotiledôneas normalmente requerem uma quantidade maior de cálcio e boro em comparação com as monocotiledôneas  Nitrogênio e Enxofre: são principais componentes tanto de proteínas como e coenzimas  Magnésio: Faz parte da clorofila e são ativadores de muitas enzimas  Cálcio: controla a abertura estomática
  8. 8. Si
  9. 9. Solução Nutritiva  Primeiras soluções continham todos os elementos  Solução Hoagland
  10. 10.  Disponibilidade de Ferro  precipita e solução alcalina  Ferro + ácido cítrico  Soluções modernas usa EDTA ou DTPA (complexo quelante – cátions retidos por forças iônicas e não ligações covalentes)
  11. 11. Deficiência mineral  Em cultivo hidropônico facilmente visualizado  Se um elemento é móvel os sintomas da deficiência tende a acontecer primeiro nas folhas mais velhas já um elemento imóvel na folha mais jovem  No ambiente  Deficiência de vários elementos podem ocorrer simultaneamente  Deficiência ou excesso de um elemento pode induzir deficiência ou acúmulo excessivo de outro  Doenças virais podem produzir sintomas similares
  12. 12. Sintomas  A maioria é associado ao caule e a folha  Crescimento raquítico de ramos  Necrose  Amarelamento das folhas – perda e reduzida produção de clorofila (clorose)  Mobilidade via floema  N, P, K, Mg (pronunciados nas folhas mais velhas)  Mobilidade intermediária  Mn, Mo, S, Zn
  13. 13. Mobilidade de Íons  Deficiência  sintomas depende da mobilidade do nutriente e da função  Difícil diagnosticar qual nutriente está deficiente  análise do solo e análise foliar  Móveis  deslocam se facilmente, os sintomas aparecem primeiro nas folhas mais velhas  N, P, K, Mg, Cl, Mn, Zn, Mo  Imóveis  Ca, B, S, Cu, Fe
  14. 14. Funções e sintomas da deficiência  Nutrientes que integram os compostos de carbono  Nitrogênio  A planta exige maior quantidade. A deficiencia rapidamente inibe o crescimento. Limita a produtividade, faz parte dos compostos da célula (aa, ac. nucléicos e ptns). Folhas completamente amarelas que caem da planta, produção de antocianinas (carboidrata não utilizado), clorose. Folhas superiores verdes amareladas e inferiores amarelas ou castanahas. Móvel no xilema e floema. O excesso provaca o crescimento excessivo de partes aéreas sobre a raiz.  Enxofre  Geralmente os solos tem enxofre em excesso. É encontrado em 3 aa e várias coenzimas e vitaminas essenciais ao metabolismo. Muitos sintomas similares a deficiência de N (constituinte de ptn), mas é observado primeiro nas folhas mais jovens. Pórem
  15. 15. Funções e sintomas da deficiência  Importantes na armazenagem de E e função estrutural  Fósforo (PO43-)  fosfato-açúcares, faz parte da mb, intermediários da respiração e fotossíntese, nucleotídeos usados no metabolismo E (ATP) e DNA e RNA. Carencia provoca crescimento reduzido em folhas jovens, folhas verdes escuras que podem se tornar mal formadas com pequenas folhas necrófitas. Pode haver alta produção de antocianinas em algumas sps, não há clorose, produção de caules delgados, morte das folhas mais velhas, maturação retardada. Transportado na forma de Pi via xilema e floema  Boro (H3BO3)  alongamento celular, síntese de ác. nucleicos, respostas hormonais e funcionamento da
  16. 16. Funções e sintomas da deficiência  Nutrientes que ficam em forma iônica: pode ser encontrado no citosol ou no vacúolo ou ligados a compostos de carbono  K+ Regula potencial osmótico das células. Cátion mais abundante no citoplasma. Deficiência provoca clorose em manchas ou marginal que evolui para necrose. Folhas podem curvar se e secar. Caules fracos e com entre nós curtos. Em milho provoca maior suscetibilidade a fungo e podridão radicular. Alta mobilidade no xilema e floema.
  17. 17. Funções e sintomas da deficiência  Nutrientes que ficam em forma iônica: pode ser encontrado no citosol ou no vacúolo ou ligados a compostos de carbono  Ca2+ Uso na síntese de parede, principalmente lamela média. Necessário para o funcionamento normal das mb celulares. Deficiência provoca necrose das regiões meristemáticas jovens. Clorose generalizada e curvamento para baixo das folhas. Folhas jovens deformadas. Sistema radicular acastanhado, curto e muito ramificado. Pode haver redução severa do crescimento.  Mg2+ Ativa enzimas da respiração, fotossíntese, síntese de DNA e RNA. Também faz parte das moléculas de clorofila. Sintoma mais típico e a clorose
  18. 18. Funções e sintomas da deficiência  Nutrientes que ficam em forma iônica: pode ser encontrado no citosol ou no vacúolo ou ligados a compostos de carbono  Cl- Quebra da H2O na fotossíntese, pode ser necessário para divisão celular. Deficiência provoca murcha dos ápices foliares, clorose e necrose generalizada. Folhas podem ter crescimento reduzido, raízes curtas e grossas junta ao ápice. A maioria das plantas absorve a mais do que precisa.  Mn2+ Ativa várias enzimas nas células. Participação na fotossíntese onde H2O  O2. Deficiência provoca clorose internervura com manchas necróticas em folhas mais velhas ou jovens, depende da sp e da tx de crescimento.  Na+ Necessário a maioria das sp que fazem rota C4 e
  19. 19. Funções e sintomas da deficiência  Nutrientes envolvidos na reação REDOX. São micronutrientes e podem sofrer oxidação e redução reversíveis, além de serem importantes na transferência de elétrons e na transformação de Energia. São usualmente encontrados em associação com moléculas maiores como citocromos, clorofila e ptns.  Fe2+ e Fe3+ transferência de elétrons. Clorose e folha branca (importante para clorofila)  Zn2+ Atividade de muitas enzimas e síntese da clorofila em algumas plantas. Deficiência provaca diminuição do crescimento entrenós.
  20. 20. Funções e sintomas da deficiência  Cu2+ Associado as enzimas envolvidas nas reações de REDOX. Folhas verdes escuras com manchas necróticas, queda prematura.  Ni2+ Presente na Urease (enzima). Acúmulo de ureia nas folhas. Raro, pois é prontamente móvel no xilema e floema.  Mo4+ e Mo6+ Componente de várias enzimas como nitrato redutase e nitrogenase. Clorose e necrose de folhas mais velhas. Impedimento a formação de flores e elas cairem prematuramente. Deficiência de N, caso ela dependa da fixação biológica do N.
  21. 21. Funções e sintomas da deficiência  Nutrientes envolvidos na reação REDOX. São micronutrientes e podem sofrer oxidação e redução reversíveis, além de serem importantes na transferência de elétrons e na transformação de Energia. São usualmente encontrados em associação com moléculas maiores como citocromos, clorofila e ptns.  Fe2+ e Fe3+ transferência de elétrons.  Zn2+ Atividade de muitas enzimas e síntese da clorofila em algumas plantas.  Cu2+ Associado as enzimas envolvidas nas reações de REDOX.  Ni2+ Presente na Urease (enzima).  Mo4+ e Mo6+ Componente de várias enzimas como nitrato redutase e nitrogenase.
  22. 22. Deficiência e excesso  Lei do mínimo  crescimento das plantas é limitado pelo elemento mais escasso entre todos no solo  ... Assim o crescimento das plantas é função dos nutrientes disponíveis no solo... Aumenta a concentração nos tecidos
  23. 23. Análise de tecidos vegetais  Quantidade de um determinado mineral que a planta realmente precisa  O pesquisador cultiva planta em solo ou solução nutritiva, em que todos os nutrientes estão condições adequadas exceto o nutriente sob avaliação  Momento da adição para favorecer a produção de grãos ou tuberculos
  24. 24. Fertilizantes  Normalmente a limitação e NPK, por isso os fertilizantes completos tem esses três elementos  Quando ocorrem várias culturas alguns microelementos começam a faltar  Podem ser absorvidos pelas folhas – adubação foliar, em dia quente os sais podem acumular na superfície e queimar a folha  Uso de detergentes para ficar na superfície  Videira, trigo
  25. 25. pH - Raiz  Solo  Disponibilidade de íons no solo  Desenvolvimento de fungos e bactérias (meneralização)
  26. 26. Solo  Fornece suporte físico para as plantas  Água e ambiente gasoso para o desenvolvimento radicular  Fonte primária de nutrientes inorgânicos  Disponível como íons (cátions)  Os íons inorgânicos penetram pelo sistema radicular e compõe o suco celular  Capacidade de absorção seletiva limitada  podem absorver toxinas ou elementos não essenciais
  27. 27. Intemperismo das Rochas  Minerais  compostos inorgânicos que ocorrem naturalmente e que são usualmente formados por dois ou mais elementos químicos  Tabela periódica (3 artificiais)  Intemperismo  desintegração física e a decomposição química dos minerais Congelamento e degelo ou aquecimento e resfriamento  Os solos tb possuem material orgânico (se condições de luz e nutrientes permitem bactérias, fungos, algas, liquens, briófitas...)
  28. 28. Cobertura – grande atividade física, química e biológica Solo da base – rochas intemperizdas e minerais e minerais Subsolo – região de deposição Óxido de ferro, argila, mat. Orgânica (pela água) Homem mistura por aração
  29. 29. Solo  Partículas de diferentes tamanhos, nos espaços ao redor permeiam água e ar  Matéria sólida consiste tanto de matéria orgênica como inorgânica  Partícula .............Tamanho (micromêtros)  Areia................200-2000  Areia fina...........20-200  Silte..................2-20  Argila................< 2
  30. 30. Solo  Os nutrientes inorgânicos obtidos pela raiz das plantas estão presentes como íons no solo  Maior parte cátions  As partículas de argila e humos podem conter ânions que são lixiviados do solo mais rapidamente que os cátions  Fosfato uma exceção pois forma precipitados insolúveis  O ferro normalmente se encontra de forma insolúvel (não disponível para as plantas)
  31. 31. Associações Simbiônticas  Adaptações que ajudam  Rizóbios  bactérias que fixam nitrogênio  Micorrizas  Associação de fungos ao sistema radicular (83% das dicotiledêneas e 79% das monocotiledôneas). Aumentam o contato com solo - hifas
  32. 32. Absorção - Como entram os nutrientes  Via xilema  Corrente transpiratória  Via floema  Translocação  Fluxo de massa + Difusão  Transporte ativo
  33. 33. Vias de absorção da Raiz  Via apoplástica (via parede celular, entre as células)  Via simplástica (de célula a célula via plasmodesmus)  Via transmembrana (atravessa ao menos duas membranas para cada célula)
  34. 34. Raiz  Se a rizosfera e rica em nutrientes e água o crescimento da raiz é mais acelerado  Se os nutrientes são abundantes e a água o crescimento da raiz não acompanha o crescimento da parte aérea, ou seja, uma pequena raiz pode sustentar toda a parte aérea  Áreas diferentes da raiz absorvem íons distintos  Alta variação de nutrientes na rizosfera  plantas buscam condições favoráveis
  35. 35. Raiz
  36. 36. Perguntas? Cap. 27 raven, cap. 12 taiz, cap 2 kerbauy  Explique como o pH influencia a absorção de nutrientes pela planta?  Faça um quadro com a função principal de cada nutriente e os sintomas de sua deficiência na planta agrupando aquelas que possuem sintomas similares ou função.
  37. 37. Assimilação de nutriente
  38. 38. Assimilação de nutrientes  As plantas consome muitos energia para converter os compostos inorgânicos em compostos orgânicos  N2  NO3 -  NO2 -  NH4 +  nitrogênio-amida do aminoácido glutamina  12 ATP  N2  (bactérias fixadoras) NH3 +  NH4 +  10 ATP  SO4 2-  cisteína  14 ATP
  39. 39. Ciclo de Nutrientes - Biogeoquímicos  Cada elemento tem um ciclo diferente envolvendo muitos organismos e diversos sistemas enzimáticos  Alguns ciclos como o carbono, oxigênio, enxofre e nitrogênio que estão na atmosfera na forma gasosa são basicamente gerais na natureza  Os ciclos contem vazamentos, pois nem todos os nutrientes retornados ao solo são disponíveis para uso vegetal  córrego rios  oceanos  Queimadas  colheita
  40. 40. Ciclo do Nutriente  Concentra na atmosfera (78% N2)  não usado pela maioria dos seres vivos  Amônia e nitrito do solo (mais reativo)  Limitado no solo
  41. 41. Ciclo de Nitrogênio 1- Amonificação (bactérias do solo) Incorpora o N2 e libera íons de amônio (NH4 +) – plantas podem absorver  Meio alcalino e grande quantidade de mat. Orgânica o N2 pode ser convertido no gás amônia (NH3) 2- Nitrificação (bactérias) Oxidar amônia ou íons de amônia (libera Energia) – reduzir o dióxido de carbono, o nitrito é tóxico para as plantas. 2NH4 + 3O2  2NO2 + 4H + 2H2O Rizobium, Nitrobacter 2NO2 + O2  2NO3 3- Assimilação
  42. 42. Ácido nítrico 8% Ácido nítrico 90%
  43. 43. Ciclo Nitrogênio  Fixação pelas plantas  A absorção pelas raízes pode exceder a capacidade de assimilação  A alta capacidade de fixação por bactérias simbiontes – problema para fertilizantes  Perda no solo  Desnitrificação  Colheita  Fogo  Lixiviação
  44. 44. Perda Nitrato reduzido a formas voláteis
  45. 45. Utiliza ptn animal como fonte de nitrogênio Potássio fosfato Solos ácidos (pântanos)  sem bactérias nitrificantes
  46. 46. Assimilação Amônio  Amônio  usado para transporte de e- na fotossíntese e respiração  Captura de metabólitos no vacúolo  Excesso acumula no vacúolo – muito tóxico  Organismos desenvolveram aversão ao odor de amônio  Plantas acumulam nitrato  Faz mal a animais que consomem vegetais com muito nitrato – fígado reduz nitrato a nitrito – associa a hemoglobina e incapacita a mesma a transportar oxigênio
  47. 47. Assimilação Nitrato  Enzima nitrato redutase que contém molibidênio  NO3 - + NAD(P) + H+  NO2 -+NAD(P)+ + H2O
  48. 48.  Plantas sintetizam quase todos os aminoácidos comuns nas ptns  Ação de herbicidas Biossíntese aa
  49. 49. Fixação Biológica
  50. 50. Assimilação do Enxofre  Múltiplas propriedades – Múltiplos estados estáveis de oxidação  Sítio catalítico  Transporte de elétrons – grupo ferro-enxofre  Metabólitos secundários  SO4 - (sulfato)  forma absorvida pelos vegetais  Tb ... SO2 (combustíveis fósseis)  forma gasosa pelos estômatos  SO3  H2SO4  H2S (chuva ácida)  Principalmente nas folhas  transportado via floema
  51. 51. Ciclo do Fósforo  Crosta terrestre  Fonte  intemperismo de rochas e minerais  Planta  animais  solo (orgânica)  solo (inorgânica - microorganismos)  Planta  Pouco fósforo é perdido por lixiviação e erosão
  52. 52. Assimilação fosfato  Absorvido HPO4 -  Principal ponto de entrada na formação de ATP  Mitocôndria – oxidação do NADH  Cloroplasto – fosforilação dependente da luz  Citosol - Glicólise
  53. 53. Referência  Cap 27 do Raven  Cap 12 Taiz
  54. 54.  Um pequeno produtor está com problemas com sua produção, ele tem uma pequena plantação de tomates e as folhas estão todas com necrose foliar e ele quer que você identifique os problemas dele observando os sintomas dos tomateiros. O que você faria para ajuda- lo? Por quê?  Quais são os íons mais disponíveis no solo?  O que são nutrientes essenciais?  Porque o pH é uma importante métrica para saber se as condições do solo são adequadas para o desenvolvimento vegetal?  Como a mobilidade dos íons pode influenciar os sintomas de deficiência nutricional pela planta?

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