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É o estudo do modo como as plantas obtêm e utilizam os nutrientes minerais. Área da pesquisa é fundamental tanto para a agricultura moderna quanto para a proteção ambiental. Nutrição mineral de plantas Nutrientes minerais são elementos obtidos na forma de íons orgânicos do solo. Plantas são tidas como “mineradoras” = retiram elementos do solo pelo sistema radicular. Absorção pelas raízes processo eficaz devido a grande área de superfície das raízes e capacidade de absorção de íons em baixas concentrações da solução do solo. Absorção pelas raízes auxílio de fungos micorrízicos e bactérias fixadoras de N. Nutrição Mineral: estudo de como as plantas obtêm e utilizam os nutrientes minerais Quando há adição de nutrientes no solo nem todo este é utilizado pelas plantas Problema: lixiviação para as águas superfíciais aderência as partículas do solo poluição atmosférica ELEMENTOS ESSENCIAIS: aquele cuja ausência impede uma planta de completar seu ciclo de vida, desde a germinação ate a produção de sementes viáveis (Arnon e Stout, 1939) ou aquele que tem um papel fisiológico claro (Epistein, 1999). ELEMENTOS ESSENCIAIS (Arnon e Stout, 1939) (Epistain, 1972) Macronutrientes (exigidos em maiores quantidades pelos vegetais) Micronutrientes (exigidos em menores quantidades pelos vegetais) De acordo com as concentrações relativas no tecido vegetal ELEMENTOS BENÉFICOS Elementos que estimulam o crescimento mas não são essenciais, ou são para somente alguns vegetais N nitogênio P fósforo K potássio Ca cálcio Mg magnésio S enxofre Cl cloro B boro Fe Ferro Mn manganês Zn zinco Cu cobre Mo molibdênio Ni níquel Na sódio Si silício Co Cobalto Se selênio C, H, O não são considerados nutrientes minerais, porque são obtidos primariamente da água, mas são ESSENCIAIS ELEMENTOS ESSENCIAIS (Evans e Sorger, 1966) (Mengel e Kirky, 1987) De acordo com seu papel bioquímico e suas funções fisiológicas 1º grupo: N e S Formado pelos compostos orgânicos (com carbono) São assimilados por meio de reações bioquímicas envolvendo oxidações e reduções 3º grupo: K, Ca, Mg, Cl, Mn, Na Íons livres ou ligados a substâncias da parede celular cofatores enzimáticos regulação de potenciais hídricos 2º grupo: P, Si e B Reações de armazenagem de energia Manutenção da integridade estrutural Papel bioquímico 4º grupo: Fe, Zn, Cu, Ni e Mo Reações de transporte de elétrons Como demonstrar que um elemento é essencial? Experimentos com a exclusão do nutriente a ser testado!! Solução nutritiva: apenas sais inorgânicos Hidroponia Solução nutritiva mais moderna: Solução de Hoagland – contém todos os elementos minerais que se sabe serem necessários ao rápido crescimento das plantas Distúrbio nutricional: quando há o suprimento inadequado de um determinado nutriente. Hidroponia: mais fácil de perceber sintomas de distúrbios nutricionais do que no solo No solo pode ocorrer: Deficiências agudas ou crônicas de vários nutrientes ao mesmo tempo; Deficiências ou quantidades excessivas de um nutriente podem levar a deficiências ou acúmulo de outros nutrientes; Sintomas de doenças virais podem produzir sintomas similares aos de deficiência nutricional. De forma geral: Elementos essenciais atuam na estrutura do vegetal, metabolismo, osmorregulação. Elementos Essenciais Imóveis Ca (cálcio) S (enxofre) Fe (ferro) B (boro) Cu (cobre) Sintomas de deficiência tendem a aparecer primeiro em folhas velhas Sintomas de deficiência tendem a aparecer primeiro em folhas jovens Móveis N (nitrogênio) K (potássio) Mg (magnésio) P (fósforo) Cl (cloro) Na (sódio) Zn (zinco) Mo (molibdênio) Deficiência ou Distúrbio nutricional: quando há o suprimento inadequado de um determinado nutriente. Lei do Mínimo de Liebig ou Lei do Mínimo de Sprengel – Liebig “...a produção de uma planta é limitada ao elemento mais escasso entre todos os elementos presentes no solo...” Isto é: a produção ficará limitada quando pelo menos um dos elementos necessários está disponível em quantidade inferior a requerida pela planta. Grupo 1: Deficiência de nutrientes que integram compostos de carbono (N e S) Nitrogênio (N) Elemento exigido em maior quantidade; Elemento estrutural: constituinte de componentes da célula vegetal (aminoácidos e ácidos nucléicos); Elemento regulatório: reações de síntese Móvel; Sintomas de Deficiência: Clorose (amarelecimento da folha) Pequeno ângulo de inserção entre folhas e ramos. Queda prematura de folhas. Diminuição de flores e dormência de gemas laterais. Produção reduzida Caules delgados e lenhosos*, Coloração arroxeada folhas, caules e pecíolos* (acúmulo de antocianina). Deficiência Nutricional Enxofre (S) Encontrado em aminoácidos; Constituinte de coenzimas e vitaminas essencias; Imóvel; Sintomas de Deficiência: Clorose (inicialmente em folhas jovens e maduras) Redução do crescimento; Acúmulo de antocianinas; Enrolamento das margens das folha. Folhas pequenas. Necrose e desfolhamento. Redução do florescimento. Fósforo (P) Fosfolipídeos da membrana; Intermediário da respiração e fotossíntese Fosfato-açucar; Componente de nucleotídeos; Sintomas de Deficiência: Crescimento reduzido; Folhas velhas com coloração verde escura em algumas espécies. Folhas jovens malformadas. Manchas necróticas (tecido morto) Produção de caules delgados Morte das folhas mais velhas Produção de antocianinas em excesso Atraso no florescimento. Redução da produção e qualidade do produto Grupo 2: Deficiência em nutrientes minerais importantes no armazenamento de energia e integridade estrutural (P, Si, B) Sílicio (Si) Essencial para membros da família Equisetaceae; -- Elemento benéfico; Depositado principalmente no retículo endoplásmático, paredes e espaços celulares; Confere rigidez as paredes dos vasos do xilema; Alivia a toxicidade de muitos metais pesados. Sintomas de Deficiência: Acamamento; Infecção fúngica; Grupo 2: Deficiência em nutrientes minerais importantes no armazenamento de energia e integridade estrutural (P, Si, B) Grupo 2: Deficiência em nutrientes minerais importantes no armazenamento de energia e integridade estrutural (P, Si, B) Boro (B) não se sabe claramento o pepel no metabolismo vegetal; Mas sabe-se que: Atua no alongamento celular; Síntese de ácidos nucleícos; Respostas hormonais; Funcionamento das membranas; Sintomas de Deficiência: Variam com a idade e com a planta! Necrose preta de folhas jovens e gemas apicais; (inibição da divisão celular) Caules rígidos e quebradiços; Perda de dominância apical; Planta altamente ramificada* Necrose de frutos, tubérculos e raízes; Fonte: Embrapa Hortaliças Fonte: Embrapa Hortaliças Grupo 3: Deficiência em nutrientes minerais que permanecem na forma Iônica (K, Ca, Mg, Cl, Mn e Na) Encontrados em solução no citosol ou vacúolo, ou ligados a compostos de carbono Potássio (K) Presente nas plantas como cátion K+ Regulação dopotencial osmótico; Ativação de enzimas da fotossíntese; Elemento móvel Sintomas de Deficiência: Clorose e/ou manchar marginais, principalmente nos ápices foliares; Folhas podem curvar-se e secar; Caules delgados e fracos; Acamamento e caules quebradiços. Frutos pequenos e enrugados Grupo 3: Deficiência em nutrientes minerais que permanecem na forma iônica Cálcio (Ca) Utilizado na síntese de novas paredes celulares, particularmente na lamela média; Utilizado no fuso mitótico durante a divisão celular; Requerido para funcionamento normal das membranas; Mensageiro secundário de sinais ambientais e hormonais* Liga-se a calmunolina e juntos regulam processos metabólicos Sintomas de Deficiência: Necrose de regiões meristemáticas jovens, Lento crescimento, Clorose e curvamento das folhas, Cor esbranquiçada nas margens de folhas, Formas irregulares de folhas, Manchas necróticas internervais nas folhas, Baixa frutificação, Baixa produção de semente. Grupo 3: Deficiência em nutrientes minerais que permanecem na forma iônica Magnésio (Mg) Ativação de enzimas envolvidas na respiração, fotossíntese, síntese de DNA e RNA; Parte da estrutura do anel de clorofila; Elemento móvel Sintomas de Deficiência: Clorose internerval das margens e ápice das folhas em direção ao centro. Clorose evolui para necrose em folhas mais velhas. Folhas podem tornar-se quebradiças e curvadas para cima. Queda foliar prematura. Grupo 3: Deficiência em nutrientes minerais que permanecem na forma iônica Cloro (Cl) Encontrado nas plantas como íon cloreto; Necessário para reações de quebra de molécula de água na fotossíntese; Necessário para divisão celular tanto em folhas quanto em raízes; Sintomas de Deficiência: Deficiência ocorre raramente, pois os íons cloreto são transportados pelo vento a partir da água do mar. Murchamento das folhas; Enrolamento dos folíolos; Bronzeamento e clorose; ------ Maioria das plantas absorve níveis de cloro muito maiores do que o necessário!! Grupo 3: Deficiência em nutrientes minerais que permanecem na forma Iônica Manganês (Mn) Ativação enzimática nas células vegetais. Fundamental para a estrutura lamelar dos tilacóides dos cloroplastos; Essencial para clivagem da água e evolução de O2 – manganoproteína. Sintomas de Deficiência: Desorganização das membranas dos tilacóides Clorose internervura; Desenvolvimento de manchar necróticas; As manchas podem ocorrer em folhas mais jovens ou mais velhas dependendo da espécie e da taxa de crescimento - A deficiência de manganês difere da de ferro e da de magnésio devido às nervuras permanecerem verdes e aparecerem ressaltadas, de forma saliente. Grupo 4: Deficiência em nutrientes minerais que estão envolvidos na reação redox. Usualmente são encontrados em associação com moléculas maiores: citocromos, clorofila e proteínas. Ferro (Fe) Componente de enzimas envolvidas na transferência de elétrons; Necessário para síntese de complexos clorofila – proteínas no cloroplasto; Biossíntese de citocromos; Elemento que não é prontamente mobilizado. Sintomas de deficiência Sintomas iniciais em folhas jovens. Clorose internervura inicial, posteriormente na folha toda; Decréscimo na concentração de pigmentos receptores de luz; Queda na concentração de ferrodoxina – envolvida no processo de fotossíntese; Grupo 4: Deficiência em nutrientes minerais que estão envolvidos na reação redox. Zinco (Zn) Co-fator estrutural, funcional ou regulatório de várias enzimas Formação da clorofila ou previne sua destruição – somente algumas espécies Acoplamento de enzimas aos substratos; Sintomas de Deficiência: Alteração no metabolismo de carboidratos; Inibição da fotossíntese Acúmulo de metabólitos das raízes – desarranjo do processo de respiração radicular; Redução do teor de proteínas e aumento nos teores de aminoácidos; Perda de integridade das membranas – pela desestabilização das proteínas; Aumento da susceptibilidade a infecções fúngicas Cobre (Cu) Enzimas envolvidas nas reações redox ex: plastocianina – transporte de elétrons Como cofator da citocromo oxidase, Cu catalisa a redução final do oxigênio molecular na respiração. A fenolase e a lacase, enzimas-chave no processo de lignificação, depentes de Cu Sintomas de Deficiência: Deficiência de Cu é rara, Fechamento estomático (por falta de ATP), Murchamento devido à lignificação reduzida das paredes celulares, Produção de folhas verdes escuras; Alguns casos formação de manchas necróticas; Alguns casos folhas retorcidas e malformadas; Formação de grãos de pólen não-viáveis. Grupo 4: Deficiência em nutrientes minerais que estão envolvidos na reação redox. Níquel (Ni) Forma complexos estáveis com aminoácidos e ácidos orgânicos – Urease única enzima conhecida que contém níquel; Essencial para microrganismos fixadores de N. Sintomas de Deficiência: Ausência de Ni as plantas não conseguem assimilar N e sofrem com a toxicidade da uréia. Acúmulo de uréia – necrose dos ápices foliares Algumas espécies, como a cevada, precisam de níquel para garantir a viabilidade de sementes. Quantidades requeridas de níquel são muito baixas – sintomas de deficiência não são frequentes!! Grupo 4: Deficiência em nutrientes minerais que estão envolvidos na reação redox. Molibdenio(Mo) Componentes de várias enzimas: – nitratoredutase: catalisa a redução de nitrato a nitrito, durante a assimilação pela célula _ nitrogenase: converte gás nitrogênio a amônia em microrganismos fixadores de N. Sintomas de Deficiência: Clorose entre as nervuras; Necrose das folhas mais velhas; couve-flor: possibilidade de não formação de flores ou queda prematura Deficiência de molibdênio pode acarretar deficiência de N. Grupo 4: Deficiência em nutrientes minerais que estão envolvidos na reação redox. Sódio (Na) Indispensável para a regeneração da fosfoenolpiruvato, utilizada para fixação de carbono por algumas espécies de plantas C4 e CAM Algumas espécies não toleram esse elemento. Elemento benéfico: estímula o crescimento, mas não é essencial, ou é essencial para somente alguns vegetais. Nas demais plantas: Estimula o crescimento por meio de maior expansão celular. Sintomas de Deficiência: Clorose; Necrose; Não florescimento; Quanto a tolerância ao sódio: Espécies natrofóbicas: não toleram sódio! ELEMENTOS BENÉFICOS Sódio (Na) Sílicio (Si) Cobalto (Co) Selênio (Se) Alumínio (Al) Silício (Si) Abundante na crosta terrestre – acido monossilicíco – fraco em solução aquosa, interage co m pectinas e polifenóis da parede celular. Essencial para algumas espécies de gramíneas: ex: arroz. Depositado nas paredes das células dos vasos do xilema – confere rigidez e resistência, importantes para: prevenção da compressão dos vasos sob elevada taxa de transpiração, impedir o acamamento das plantas, impedir a invasão de patógenos e parasitas no córtex. Sintomas de deficiência: Necrosedas folhas maduras e secamento das plantas. Queda no crescimento e produção de grãos. ELEMENTOS BENÉFICOS http://www.vitoriareef.com.br/forum/viewtopic.php?t=5361&sid=bb534a8b86fcaf0233f3f1c6f87a70ab Aumento da disponibilidade de nutrientes, diretamente relacionada ao aumento do crescimento. À adição de nutrientes não se relaciona mais ao aumento de crescimento ou produtividade Conteúdo mínimo de nutriente no tecido que se correlaciona com crescimento ou produtividade máxima Aumento da concentração de nutriente além da zona adequada, crescimento ou produtividade diminuem As necessidades de elementos minerais mudam ao longo do crescimento e do desenvolvimento de uma planta. Análise de solo: determinação química do conteúdo de nutrientes em uma amostra de solo na zona radicular. Resultados variam com os métodos de amostragem; Condições de armazenagem e técnicas de extração. Análise de solo reflete os níveis de nutrientes potencialmente disponíveis nele para absorção das raízes das plantas, mas não informa a necessidade de cada mineral que a planta precisa ou que efetivamente esta absorvendo!!! Análise de tecido vegetal: determinação química do conteúdo de nutrientes em uma amostra vegetal. Entendimento das relações entre o crescimento vegetal e a concentração das amostras nos tecidos vegetais. Solos “pobres” em nutrientes podem ser corrigidos com a adição de fertilizantes. FERTILIZANTE substância mineral ou orgânica, natural ou sintética, fornecedora de um ou mais nutrientes de plantas. Fertilizantes simples: contém apenas um dos nutrientes minerais Fertilizantes compostos ou mistos: contém dois ou mais minerais Fertilizantes orgânicos: originam-se de resíduos de plantas ou animais ou de depósitos naturais de rochas. Alguns nutrientes podem ser aplicados as plantas via adubação foliar, por aspersão. A adubação foliar é eficaz : nutrientes permanecem sobre a folha na forma de película----- substâncias surfactantes que diminuem a tensão superficial. Difusão por meio da cutícula e absorção por células foliares!! Fatores que afetam a absorção de minerais pela planta Disponibilidade de nutrientes no solo Disponibilidade de água pH A adição de calcário pode aumentar o pH de solos ácidos, já a adição de enxofre elementar pode baixar o pH dos solos alcalinos. Fatores que afetam a absorção de minerais pela planta Temperatura Concentração de O2 SOLO Substrato físico, químico e biológico complexo! Partículas orgânicas da fase sólida: - reservatório de potássio, cálcio, magnésio e ferro. - compostos orgânicos constituídos de nitrogênio, fósforo e enxofre. Fase líquida: - solução do solo Contém íons dissolvidos meio de movimento de nutrientes até as raízes. Ecossistema diversificado onde as raízes e microrganismos competem fortemente por nutrientes minerais, podendo formar alianças para benefícios mútuos (simbiose) pH Afeta o crescimento das raízes e microrganismos do solo; Favorecido em solos levemente ácidos (pH 5,5 a 6,5) Fungos usualmente predominam em solos ácidos e bactérias em solos alcalinos Determina a disponibilidade de nutrientes do solo Acidez promove intemperização das rochas Aumenta a solubilidade de carbonatos Aumento da solubilidade dos nutrientes facilita a disponibilidade para as raízes. Principais fatores naturais para redução de pH Decomposição de matéria orgânica Quantidade de chuva. Solos salinos : minerais em excesso, restrição do crescimento vegetal, pela limitação da disponibilidade hídrica, ou excesso de um mineral na zona adequada. Excesso de minerais- grande importância em regiões áridas e semi-áridas, Precipitação insuficiente para lixiviar os íons das camadas próximas a superfície. Plantas: Intolerantes ao sal; tolerantes ao sal; halófitas: prosperam em condições de estresse salino. Mecanismos de tolerância: síntese molecular, indução enzimática; transporte de membrana. Como as plantas tentam driblar o excesso de nutrientes e ou minerais: Não absorvendo-os, Absorvendo, mas excretando os mesmos por glândulas de sal associadas as folhas; Seqüestrando o excesso para o vacúolo. Extenso sistema radicular auxilia as plantas a obter água e sais Minerais do solo Raízes podem crescer continuamente ao longo do ano, mas o crescimento depende entre outras coisas da disponibilidade de água e nutrientes no ambiente circundante – rizosfera. Rizosfera pobre em nutrientes e seca: crescimento lento, contudo se forem fornecidos nutrientes e água em abundância crescimento radicular pode não acompanhar crescimento da parte aérea. A eficácia das raízes em minerar minerais do solo é determinada não só pela taxa de remoção de nutrientes do solo, mas pelo crescimento contínuo das mesmas. Protege as células meristemáticas, Secreta mucigel Lubrifica a penetração da raiz, Protege o ápice radicular, Promove a transferência de nutrientes Afeta a interação da raiz com o solo Resposta gravitrópica Poucas divisões celulares Transporta água e solutos para a parte aérea da planta Transporta metabólitos da parte aérea para a raiz TRANSPORTE DE MINERAIS PELAS RAÍZES. Mineralização: ação de microrganismos que fazem com que a matéria orgânica seja degradada. Depende de fatores como temperatura, disponibilidade de água e oxigênio, número de microrganismos presentes no solo. Tempo para mineralização e disponibilidade de nutrientes varia de dias à anos Calonego et al.2012 A absorção de nutrientes pela raízes pode ser modificada pela associação destas com fungos micorrízicos : MICORRIZAS 83% das dicotiledôneas 79% das monocotiledôneas Ausentes em solos muito secos, Salinos ou alagados, ou solos de fertilidade extrema. Fungos micorrízicos: formados por filamentos tubulares finos chamados hifas Massa de hifas que formam o corpo do fungo chamada de micélio Duas classes de fungos micorrízicos: Fungos micorrizícos ectotróficos Fungos micorrizícos vesículo-arbusculares Desenvolvimento de plântulas de pimenteira-do-reino, cultivar Singapura, inoculadas com espécies de FMA, em solo com incorporação de nutrientes, desinfestado com brometo de metila, aos cinco meses após a inoculação (NI = não inoculado; Glm = Glomus macrocarpum; Gm = Gigaspora margarita; Sh =Scutellospora heterogama; Ac = Acaulospora sp.). (fonte: Oliveira et al., 1984) Quantidades de N, P e Ca absorvidos pela mudas de estacas de pimenteira-do-reino inoculadas com espécies de FMA, 11 meses após a inoculação (Controle = não inoculado; Sg = Scutellospora gilmorei; Sh = Scutellospora heterogama; Gsp. = Gigaspora sp.; Ac = Acaulospora sp.; Ec = Entrophospora colombiana). Fonte: adaptada Chu et al, 2001 Um pouco de resultados.... Micorrização inibida por: Elevada fertilidade Perturbação eerosão do solo Uso de fungicidas Desmatamento Não inoculada Inoculada Deficiencia de N em plantas de café Nitrogênio não é absorvido na forma em que é encontrado na atmosfera Nitração = NO2---NO3 Nitrosação = NO3---NO2 Amonização = N2----- NH3 Quando fornecido na forma de Nitrato (NO3), é originado da oxidação do N2 pelo O2 ou ozônio na presença de descargas elétricas ou de radiação ultravioleta Fornecimento de N para planta N absorvido pelas plantas na forma de NO3 - ou NH4. • Plantas podem estocar altos níveis de NO3 -...mas NO3 -. é prejudicial para animais... • Altos níveis de NH4 prejudicial para plantas e animais Desacoplamento do transporte de elétrons na fotossíntese e respiração Disseminação do gradiente eletroquímico, sem produção de ATP Forma de nitrato (NO3 -) redução para nitrito (NO2-) redução para amônio (NH3) incorporação compostos orgânicos (a.a) Forma de amônio (NH3) incorporação compostos orgânicos (a.a) No citossol: redução do Nitrato para Nitrito Nitrato Nitrito Altamente reativo e tóxico para células. Nitrito Amonio Redutase do Nitrito Redutase do Nitrato Células evitam toxidez do Amonio inserindo-o em um a.a. (glutamina ou glutamato) 3 vias de inserção do Amonio no a.a. (glutamina ou glutamato) Utilizando a enzima sintetase da glutamina (GS) Utilizando a enzima sintetase do glutamato (GOGAT) – quando há altos níveis de glutamina Utilizando a enzima desidrogenase do glutamato (GDH)
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