Nutrição mineral e metabolismo do nitrogênio

Transcrição

1 Nutrição mineral e metabolismo do nitrogênio Profa. Helenice Mercier Curso: Forma e Função

2 Quais são os nutrientes essenciais às plantas? São aqueles 1) cuja deficiência impede que a planta complete seu ciclo de vida; 2) Que não podem ser substituídos por outro com características químicas similares e 3) Que participam diretamente do metabolismo da planta

3 Nutrientes essenciais: macro e micronutrientes Macronutrientes: reflete sua concentração relativa encontrada no tecido vegetal; encontrados em grandes quantidades Geralmente envolvidos com a estrutura de moléculas Hidrogênio, Carbono e Oxigênio (elementos não minerais) Nitrogênio (N) Potássio (K)

4 Nutrientes essenciais: macronutrientes Fósforo (P) Cálcio (Ca) Magnésio (Mg) Enxofre (S)

5 Nutrientes essenciais: micronutrientes Necessários em quantidades menores Funções catalíticas ou regulatórias Cloro (Cl) Boro (B) Ferro (Fe) Manganês (Mn) Zinco (Zn) Cobre (Cu) Níquel (Ni) Molibdênio (Mo)

6 Abundância relativa?

7 Deficiência e excesso Variação da concentração de um nutriente nos tecidos concentração crítica zona adequada faixa de deficiência faixa de toxicidade

8 Efeitos e respostas à deficiência nutricional Alterações morfológicas: FISIOLÓGICAS Como estudar? Deficiência/excesso: hidroponia ou cultivo in vitro Inibidores de transporte Mutantes (de transportadores ou enzimas da assimilação) e complementaçao heteróloga

9 Deficiência: os sintomas dependem da função e da mobilidade do nutriente!!!! Magnésio móvel no floema Ferro: sem mobilidade Onde apareceriam primeiro as deficiências?

10 Deficiência: os sintomas dependem da função e da mobilidade do nutriente!!!!? Experimento em grupo para acompanhar por 4-5 semanas os sintomas de deficiência de Ca, N, P, K em 4 espécies: milho, girassol,tomate e soja.

11 Deficiência: os sintomas dependem da função e da mobilidade do nutriente!!!!

12 Fontes de nutrientes Quais são as procedências? Intemperismo das Rochas Reciclagem Matéria Orgânica Atmosfera

13 Principais fontes de nutrientes para o solo nutriente Atmosfera (%) Intemperismo (%) Reciclagem (%) Flor. Temp. N P K Ca tundra N P

14 No solo... Disponibilidade dos íons no solo depende do ph e da concentração.

15 Série liotrópica Alumínio >hidrogênio >cálcio >potássio=amônio >sódio CTC = capacidade de troca catiônica Quantidade de moles de carga positiva capaz de ser retida por unidade de massa de argila

16 Matéria orgânica Resíduos orgânicos são transformados pela ação da microbiota, gerando a principal fonte de ânions do solo: Nitratos Sulfatos fosfatos Ânions :Não ficam retidos no solo; são facilmente lixiviados, por água de percolação. Conseqüência prática para a agricultura?

17 Atmosfera Tillandsia usneoides

18 Atmosfera Fonte de nitrogênio (N2 - ar, nitrato e amônio - precipitação) Cálcio, magnésio e potássio trazidos por partículas de poeira

19 Família Bromeliaceae Tricomas foliares Tanque Vriesea gigantea (Mata Atlântica SP) Anfíbios excretam uréia

20 Tricomas foliares em bromélias (Benzing, 2000) (

21 Tricoma foliar asa Movimento da água disco central base (Benzing, 2000)

22 Abundância de mitocôndrias nas células basais (Benzing, 2000)

23 Orquídeas: raízes com velame Campylocentrum sp (http;//

24 Epífitas com raízes: velame em orquídeas e aráceas Velame (doação Kraus et al., 1999) (

25 Aquisição de nitrogênio e fósforo Concentração dos macronutrientes em tecidos frescos N: necessário em maior quantidade pelas plantas Concentração (mm) N K Ca Mg P S Macronutrientes P: capacidade de difusão de fosfato inorgânico ou orgânico no solo é muita baixa Modificado de Buchanan (2000)

26 Micorrizas: aumentam a área de absorção das raízes 83% dicotiledôneas 79% monocotiledôneas: (caso especial da orquídeas) Todas as giminospermas

27 Micorrizas: ecto e endomicorrizas Ectomicorrizas: podem secretar ácidos orgânicos e enzimas hidrolíticas

28 Estratégias para aumentar a disponibilidade de P: Acidificação: ácidos orgânicos secretados por raízes ou fungos. Aumenta a solubilidade do fósforo. Ácido cítrico: libera o fosfato do complexo fosfato de cálcio ou do fosfato de ferro, ambos altamente insolúveis (ex. raízes proteóides e micorrizas). Fosfatases: secretadas por raízes; hidrolisam compostos orgânicos, liberando fosfato inorgânico (ex. raízes de orquídeas).

29 Raízes proteóides: alta capacidade de secretar ácidos orgânicos Descoberto na família Proteaceae.

30 Transporte de Pi (Fosfatases) Pi entra por um simporte.

31 O nitrogênio Concentração (mm) Concentração dos macronutrientes em tecidos frescos N K Ca Mg P S Elemento mineral necessário em maior quantidade pelas plantas Disponíveis: Formas inorgânicas NO 3-, NH 4+, N 2 Macronutrientes Modificado de Buchanan (2000) Formas orgânicas uréia, aminoácidos

32 Sistema de absorção de N inorgânico

33 Metabolismo do nitrogênio Redutase do nitrato (NR) e Redutase do nitrito (NiR) NR NO 3- + NADH + H + + 2e - NO 2- + NAD + + H 2 O + NiR NO Fd red + 8H + + 6e - NH 4+ + Fd oxi+ + 2H 2 O + Urease urease Uréia CO NH + 4

34 Metabolismo do nitrogênio Sintetase da Glutamina (GS) e Sintase do Glutamato (GOGAT) NH 4+ + glutamato + ATP GS glutamina + ADP + + Pi Mg ++ GOGAT glutamina + 2-oxoglutarato 2 glutamato Fed red Fedoxi Desidrogenase do Glutamato (GDH) GDH NH oxoglutarato glutamato NADH NAD +

35 Qual é a importância do N para as plantas?

36 aminoácido Ácidos nucléicos clorofilas Hormônios auxina alcalóides Hormônios citocininas

37 Fixação do nitrogênio da atmosfera 60% 30% 10%

38 Fixação industrial Fertilizantes/adubos Processo de Haber-Bosch 1913, os trabalhos de Fritz Haber e Carl Bosch na Alemanha permitiram a síntese química de amônia (NH 3 ). quebra da tripla ligação

39 Fixação do N2 atmosférico O N disponível para plantas > 80-90% provém da fixação biológica >~80% gerado por associações simbióticas. A forma atmosférica N N não está disponível para a maioria dos organismos. Quebra da tripla ligação envolve alto gasto energético. [16 ATP ] Atividade da nitrogenase é inibida pela presença de oxigênio. Evolução de processos simbióticos (interação eucarioto-procarioto).

40 Complexo enzimático da nitrogenase [N ATP + 8e- + 8H + > 2NH ADP + 16 Pi + H 2 ] Proteína MoFe 4 subunidades (2α e 2β) totalizando 200kDa Protéina Fe 2 subunidades idênticas totalizando 68 kda

41 Organismos fixadores de N 2 Fixadores em associação com plantas cooperação metabólica: N e C Eubacteria cianobactérias alfa-proteobactérias dos grupos Rhizobiales e Rhodospirillales Fixadores de vida livre Eubacteria (cianobactérias) Archaebacteria

42 Recherches/azolla.html Simbiose extracelular: Azolla- Anabaena pteridófita cianobactéria Cavidade foliar

43 PLANTAÇÃO DE ARROZ Anabaena-Azolla

44 Simbiose intercelular: Gimnosperma e cianobactéria Cycas Raízes coralóides

45 Raízes coralóides: as esverdeadas possuem associação com cianobactérias

46 Corte longitudinal Corte transversal

47 Associação intracelular: soja - Bradyrhizobium

48 Como se inicia o processo? 1. Raízes liberam substâncias indutoras da expressão do genes Nod nas bactérias. (flavonóides, não flavonóides: betaína e ácido aldônico) 2. Bactérias expressam genes Nod que promovem a síntese dos fatores Nod (lipooligosacarídeos) 3. As raízes apresentam alteração no fluxo iônico, expressam as nodulinas, é infectada, e segue o programa para a morfogênese do nódulo.

49 Curvatura do pêlo radicular

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53 BACTEROÍDE

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55 Nódulo ativo Simbiossomos Leghemoglobina Citocromo oxidase de alta afinidade por O 2 : gerador do ATP necessário à fixação. Células vazias formam barreira para o oxigênio.

56 leghemoglobina

57 De onde vem a energia para sustentar a nitrogenase?

58 FOTOSSÍNTESE

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60 C/N 1:1 C/N 4/2 C/N 5/2

61 Comparação do metabolismo do N entre plantas nodulada e não nodulada

62 Contato: