Tema 6
Nutrición mineral de las
plantas
1
Objetivo
Conocer
de qué elementos
minerales se alimentan las
plantas
2
Contenido
Introducción
 Composición inorgánica de las plantas
 Elementos esenciales
 Elementos beneficiosos
 Funciones de los elementos minerales
 Síntomas de deficiencia
 Interacción planta-microorganismo

3
Composición inorgánica
de las plantas
4
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
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
Soluciones nutritivas
8


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

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

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
Relaciones cuantitativas entre el suministro de sales
minerales y el crecimiento de la planta
12
http://www.euita.upv.es/varios/biología/index.htm
Elementos esenciales
13

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, 193414
Macronutrientes
Micronutrientes
Otros (4%)
C, H, O (96%)
Macronutrientes
N
P
Ca
K
Mg
S
Micronutrientes
Fe
Cl
Mn
Bo
Zn
Cu
Mo
Ni *
15
Macronutrientes
ELEMENTO
FORMA DE ABSORCION
C, O, H
CO2, H2O u O2
Nitrógeno
NO3- o NH4+
Potasio
K+
Calcio
Ca2+
Fósforo
H2PO2- o HPO42-
Magnesio
Mg2+
Azufre
SO42-
16
Micronutrientes
ELEMENTO
FORMA DE ABSORCION
Hierro
Fe2+ o Fe3+
Cloro
Cl-
Cobre
Cu2+
Manganeso
Mn2+
Zinc
Zn2+
Molibdeno
MoO42-
Boro
BO3- o B4O72-
17
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
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
Fósforo




Se encuentra como fosfato
Forma enlaces ricos en energía: ATP
Papel clave en el metabolismo energético
(fotosíntesis, respiración…)
Papel estructural (fosfolípidos…)
20
Potasio



Papel osmorregulador (abertura y cierre
estomas)
Movimientos de plantas (nactias y
tactismos)
Activador de enzimas
21
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
Calcio



Pared celular (pectinas) y membrana
Segundo mensajero en cascadas de señales
de las plantas
Unión a Calmodulina
23
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
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
Manganeso


Transporte de electrones en fotosíntesis
desde el agua al fotosistema II
Activador de muchos enzimas del ciclo de
Krebs
26
Cobre

Está presente en diversas proteínas y
enzimas implicadas en procesos de
oxidación/reducción
Plastocianina (fotosíntesis)
 Citocromo c oxidasa (respiración mitocondrial)

27
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
Molibdeno

Nitrato reductasa y Nitrogenasa
29
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
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
Níquel

Ureasa (metabolismo de ureidos, hidrólisis
de la urea)
32
Elementos beneficiosos
33

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
Sodio= plantas C4, transporte de pirúvico
entre células del mesófilo y de la vaina
 Silicio= resistencia mecánica de la pared
celular
 Cobalto= fijación de N2
 Aluminio= reduce toxicidad causada por
otros elementos
 Selenio= procesos de óxido-reducción
 Titanio= incrementa la producción de
biomasa,
activador
de
pigmentos
fotosintéticos (Fe2+)

35
Otros elementos
36
 Iodo
(I)
 Vanadio (V)
 Tierras raras (Ce, La)
37
Síntomas de deficiencia
38
Móvil
Nitrógeno
Potasio
.
Magnesio
Fósforo
Cloro
Sodio
Zinc
Molibdeno
Inmóvil
Calcio
Azufre
Hierro
Boro
Cobre
Los elementos móviles se traslocan de las partes viejas a las jóvenes
de la planta, siendo las partes más viejas las que primero sufren
la deficiencia
39
40
41
Nitrógeno
El nitrógeno es un elemento que
da vigor a las plantas y
abundancia de hojas.
Síntomas:
• hojas más claras; los síntomas
son más evidentes en las hojas
viejas.
• planta con aspecto raquítico y
amarillento.
42
Magnesio
• En hojas viejas, un color
amarillento tanto entre los
nervios como en los bordes,
siendo las hojas de abajo las
más afectadas menos un
triángulo verde que queda en la
base. Más tarde, también afecta
a las hojas jóvenes.
43
Calcio
Menos 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
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
Fósforo
Síntomas

Hojas con un verde
oscuro apagado que
adquieren luego un
color rojizo o púrpura
característicos y llegan
a secarse.
46
Potasio
Síntomas
 Lo más típico, son los
bordes y puntas de las
hojas más viejas secas
después de amarillear.
47
Hierro
Síntomas
 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
Manganeso
Síntomas
 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
Z©inc
Síntomas
 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
Los nutrientes en el
suelo
51

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
http://www.euita.upv.es/varios/biología/index.htm
53
El papel del ácido carbónico
(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 el
anión carbonato.
(B) Los protones liberados a partir del ácido carbónico pueden difundir cerca de
los cationes atraídos por las micelas y desestabilizar esta atracción lo que
produce 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
(B)
(B)
Pelo radical
(C)
54
Factores que influyen en la
disponibilidad de un nutriente
para la planta
55
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 (Al3+), 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
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 NO3- en lugar de
cómo NH4+
57
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
Metales pesados

Fitorremediación
fitoquelatinas=ligandos de alta afinidad que
se unen a elementos pesados
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Interacción plantamicroorganismo
60
Fijación biológica
del nitrógeno
Nódulos radiculares de leguminosas
Rhizobium-leguminosas
 Frankia-no leguminosa
 Cianobacterias-Azolla (helecho)

61
Micorrizas
62

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
Tipos de micorrizas
 Las raíces de cerca del 95% de todas las clases de plantas
vasculares participan normalmente en las asociaciones
simbióticas con micorrizas.

Se clasifican en:
 ECTOMICORRIZAS
 ENDOMICORRIZAS
 ECTENDOMICORRIZAS
 DE ERICALES
 DE ORQUIDACEAS
Tipos de micorrizas (Arriagada,642001)
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 la
capa 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 cuerpos
fructíferos que liberan esporas
-Las raíces infectadas detienen su crecimiento apical y quedan cortas y sin pelos radicales, al
contrario de las más profundas, que no son infectadas.
-Basidiomycetes.
-3-5% plantas terrestres (forestales: pino, roble, abedul, sauce, encina, tilos, nogales, etc) 65
Endomicorrizas
-El micelio invade la raíz, inicialmente es intercelular, pero luego penetra en el interior de las
células 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. Producen
penetraciones celulares de dos tipos: haustorios ramificados dicotómicamente (arbúsculos) y
66
vesículas de acumulación.
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Tema 7 - OpenCourseWare de la Universidad de Oviedo