AULA 4 Nutrição Mineral Parte 1

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA DISCIPLINA DE FITOFISIOLOGIA AULA 4 Nutrição Mineral Parte 1 Marcelo Francisco Pompelli Nutrição Mineral Breve Histórico ARISTÓTELES (350 a.c.): terra, água, ar e fogo J.B.Van Helmont (1600) 77,7 kg 2,45 kg conclusão água após 5 anos ÁGUA 92 kg 91,9 kg Conceitos gerais As plantas requerem certos elementos minerais para completarem seu ciclo de vida A maior parte do massa orgânica de uma planta é oriunda do CO 2 do ar mas também dependem da água e sais minerais que vem do solo CO 2, a fonte de carbono para a fotossíntese, se difunde para as folhas por meio dos estômatos minerais As raízes absorvem a H 2 O e os minerais do solo CO 2 H 2 O O 2 CO 2 H 2 O O 2 Pelo estômato, as folhas expelem a H 2 O e o O 2. As raízes captam O 2 e expelem CO 2. A planta usa o O 2 para a respiração celular, apesar de ser um produto de O 2. Macronutrientes e Micronutrientes Mais de 50 elementos químicos foram identificados entre as substâncias inorgânicas nas plantas, mas nem todos estes são essenciais Um elemento químico é considerado essencial se for indispensável para que a planta complete seu ciclo de vida. Não possa ser subsitituído por outro. Macronutrientes e Micronutrientes Lei do Mínimo de Liebig ( ) O crescimento das plantas é determinado pelo elemento presente no solo na mínima quantidade adequada PRODUÇÃO Fonte: Taiz e Zeiger,

2 Classificação de acordo com a função biológica Grupo 1: Que forma compostos orgânicos com o carbono N aminoácidos, proteínas, nucleotídeos, coenzimas,... S cisteína, cistina, metionina, proteína, ácido lipóico, coenzima A, Glutationa,... Grupo 2: Importantes no armazenamento de energia e integridade estrutural P reações que envolvem o ATP; açúcares fosfato, coenzimas, fosfolipídeos,... B complexa com manitol, mananas e outros constituintes da parede celular; envolvido na elongação das células e no metabolismo de ácidos nucléicos. Si contribui para as propriedades da parede celular, incluindo rigidez e elasticidade. Classificação de acordo com a função biológica Grupo 3: Nutrientes que permanecem na sua forma iônica K ( ) cofator em mais de 40 enzimas; principal cátion envolvido na manutenção do turgor da célula e eletroneutralidade. Na (Na + ) envolvido na regeneração do fosforoenolpiruvato em plantas C 4 e CAM; substitui o em algumas funções. Mg (Mg 2+ ) requerido por várias enzimas envolvidas na tranferência de fosfato; constituinte da clorofila. Ca (Ca 2+ ) constituinte da parede celular; cofator de algumas enzimas envolvidas na hidrólise de ATP e fosfolipídeos; mensageiro secundário na regulação metabólica. Cl (Cl ) requerido para as reações fotossintéticas envolvendo a evolução de O 2. Classificação de acordo com a função biológica Grupo 4: Nutrientes envolvidos na transferência de elétrons Fe constituinte do fitocromo e proteínas envolvidas na fotossíntese, fixação de nitrogênio e respiração. Cu componete da citocromo oxidase, fenolase,... Zn constituinte da alcool desidrogenase, ácido glutâmico desidrogenase,... Mo constituinte da nitrogenase, nitrato redutase,... Ni componete da urease. Em bactérias fixadoras de N 2, constitui a hidrogenase. Classificação de acordo com a mobilidade Também se refere a sua capacidade de translocação durante a deficiência nutricional Elementos químicos essenciais Pesquisas com culturas hidropônicas para determinar se um elemento mineral é essencial ou não Móveis N, K, Mg, P, Cl, Na, Zn e Mo Imóveis Ca, S, Fe, B, Cu APLICAÇÃO TÉCNICA Em cultivo hidropônico, plantas são cultivadas em soluções hidropônicas na ausência do elemento que se está estudando. O uso de cultivo hidropônico é para evitar a interferência do solo no estudo As raízes das plantas são banhadas com soluções aeradas de composição mineral conhecida. A aeração fornece o oxigênio para a respiração celular da raiz. Um elemento mineral em particular, tal como o potássio, pode ser omitido para testar se é ou não essencial Controle: Solução contendo todos os minerais Experimental: Solução sem potássio RESULTADOS se o mineral omitido for essencial, os sintomas da deficiência mineral aparecerão, na forma de redução do crescimento e folhas amareladas. A deficiência de diferentes elementos pode apresentar diferentes sintomas, o que pode auxiliar na detecção da deficiência do mineral no solo. 2

3 Os nutrientes podem ser adquiridos de outras fontes Parasitismo São plantas que possuem haustórios que penetram no tecido vascular da planta hospederia para absorver água e nutrientes. Ex. Erva de passarinho (Psittacanthus robustus). Os nutrientes podem ser adquiridos de outras fontes Epífitas São plantas que usam as árvores somente como suporte. Obtêm os nutrientes do ambiente. Ex. Bromélias, orquídeas, etc. Os nutrientes podem ser adquiridos de outras fontes Plantas carnívoras Vivem em regiões ácidas onde as condições do solo não são favoráveis Podem obter N e outros nutrientes minerais pela captura, morte e digestão de insetos e outros animais pequenos As armadilhas são evoluções das folhas e possuem glândula que secretam um suco digestivo. Tricomas 3

4 Plantas carnívoras O solo e a absorção de íons Troca catiônica Diomaea muscupula Drosera rotundifolia O princípio da troca catiônica na superfície de uma partícula de solo. Os cátions são ligados à superfície das partículas do solo porque a superfície é carregada negativamente. A adição de um cátion como o pode deslocar outro cátion como o Ca +2 de sua ligação na superfície da partícula de solo e tornála disponível para a absorção pelas raízes O solo e a absorção de íons Troca catiônica partícula de solo Ca 2+ Cu 2+ Mg 2+ H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 HCO 3 + pêlo radicular Troca catiônica no solo. Íons de hidrogênio ( ) ajudam na disponibilidade dos nutrientes, pois promovem uma troca com outros minerais carregados positivamente (Ca 2+ e Mg +2 ) que se encontram fortemente ligados as partículas negativas do solo. As plantas contribuem com secretandoo através dos pêlos radiculares e também pela respiração celular, a qual libera CO 2 para a solução do solo. O CO 2 reage então com a água para formar o ácido carbônico (H 2 CO 3 ). A dissociação deste ácido libera para a solução do solo. Mecanismo de troca catiônica citosol H+ H ADP +P + i ATP canal ATPase H+ K + K+ protéico Partícula de solo Mg mv NH 4 + Ca ++ Chelantes citosol H+ H ADP +P + i H + quelante ATP 100 mv proteína secretora proteína transportadora ATPase H+ K + Partícula de solo K+ Fe ++ NH 4 + Ca ++ 4

5 O que acontece com os ânions no solo? NO 3, Cl = são repelidos pelas cargas negativas da superfície das partículas do solo e permanecem em solução no solo; ph do solo e a disponibilidade de nutrientes As raízes das plantas são influenciadas pelo sistema PO 4 3 = se ligam às partículas do solo que contém Al 3+, Fe 2+ e Fe 3+ SO 4 2 = na presença de Ca 2+ forma CaSO 4 que é levemente solúvel As raízes das plantas são influenciadas pelo sistema Há dois tipos de Micorrizas As ectomicorrizas onde o micélio do fungo forma uma densa bainha na superfície da raiz 100 µm Epiderme Córtex Manta (bainha fúgica) Endoderme Manta (bainha fúngica) Hifas fúngicas entre as células corticais a Ectomicorriza. A manta fúngica forma uma capa sobre a raiz. As hifas fúngicas estendemse da manta até o solo, absorvendo água e sais minerais, especialmente fosfatos. As hifas também se estendem para os espaços intercelulares do córtex da raiz, providenciando uma extensa área de superfície que facilita a troca de nutrientes entre a planta hospedeira e o fungo 5

6 Há dois tipos de Micorrizas As endomicorrizas as hifas fúngicas microscópicas se estendem para o interior das raízes Epiderme Córtex Células corticais 10 µm Endoderme Hifas fúngicas Vesícula Estrias de Caspary Pêlo radicular Arbúsculos 2 Endomicorriza. Nenhuma manta ao redor da raiz é formada, mas hifas fúngicas microscópicas se estendem para o interior da raiz. Dentro do córtex, os fungos formam extensas redes no interior das células, os arbúsculos, providenciando uma enorme área de superfície para a troca de nutrientes. As hifas penetram na parede celular, mas não na membrana plasmática das células do córtex. 6

7 Sintomas de deficiência de N em tomate Sintomas de deficiência de K em videiras Sintomas de deficiência de Mg em morangueiro Sintomas de deficiência de Fe em morangueiro Comparativo Geral Movimento de íons da solução do solo para a raiz saudável H 2 PO 4 Sintomas de deficiência de Zn em tomateiro Fotossenssibilidade de plantas de Arabidopsis deficientes em Zn deficiente em P deficiente em K difusão Ca +2 interceptação Rota simplática Fluxo de massa NO 3 deficiente em N 7

8 Transporte de íons através das membranas Uma bomba de prótons gera uma diferença de concentração de e um potencial de membrana. Necessita de energia O potencial de membrana faz com que o cruze a membrana O transporte simporte acoplado a difusão de para transportar (contra o gradiente eletroquímico) ânions para dentro da célula Cotransportadores, Simporter e Antiporter Cotransportadores, Sinporter e Antiporter transportadores tipo simporter transportadores tipo antiporter Membrana plasmática bombas de H+ TRANSPORTE ATIVO DIFUSÃO SIMPLES DIFUSÃO FACILITADA Bomba de prótons Canal de Transporte ativo secundário Dentro da célula canais Transporte ativo primário: contra o gradiente Transporte ativo secundário: cotransporte com Representação bidimensional de uma ATPase LUME DO VACÚOLO V O Tonoplasto V 1 O íon M deve ser transportado contra seu gradiente O ATP se liga a proteína transmembrana, promovendo energia para impulsionar o transporte O fósforo se liga promovendo a energia necessária para a ligação do íon M O íon M é transportado contra seu gradiente de concentração O fosfato é desligado da proteína de membrana. A cada vez que um íon M for transportado contra seu gradiente energia nova deve ser desprendida por meio da hidrólise do ATP O exterior se encontra rico em e pobre nos íons S, diferentemente do que acontece no citoplasma O íon S será transportado para o interior do citoplasma, contra seu gradiente de concentração No exterior os íons e S são ligados O íon é transportado a favor do seu gradiente de concentração e traz consigo os ions S O transporte é desligado até que um novo íon S seja transportado contra seu gradiente, utilizando a energia desprendida pelo transporte de a favor do seu gradiente CITOPLASMA 8