02/09/2016 UNIVERSIDADE FEDERAL UNIVERSIDADE FEDERAL DE DE PERNAMBUCO PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DEPARTAMENTODE DE BOTÂNICA BOTÂNICA DISCIPLINADE DEFITOFISIOLOGIA FITOFISIOLOGIA DISCIPLINA Aula: Nutrição Mineral de Plantas Professor: Dr. Marcelo Francisco Pompelli Nutrição Mineral de Plantas 1 Introdução; 2 Os elementos minerais e as plantas; 3 Absorção de nutrientes minerais pela planta; 4 Mobilidade de nutrientes; 5 Transporte e redistribuição de nutrientes nas plantas KERBAUY, G. B. Fisiologia Vegetal. p: 33-50 TAIZ, L. & ZAIGER, E. Fisisologia Vegetal. p: 107-127 MALAVOLTA, E. Manual de nutrição mineral de plantas. p: 1-551. Recife, PE O Ar como fonte de CO2 e o Solo como fonte de nutrientes H2O CO2 NUTRIÇÃO MINERAL DE PLANTAS O2 CO2, a fonte de carbono para a fotossíntese, se difunde para as folhas por meio dos estômatos Pelo estômato, as folhas expelem a H2O e o O2. As raízes captam O2 e expelem CO2. A planta usa o O2 para a respiração celular, apesar de ser um produto de O2. É o estudo do modo como as plantas obtêm e utilizam os nutrientes minerais O2 minerais CO2 As raízes absorvem a H2O e os minerais do solo H2O 1
As plantas: fábricas produtoras de moléculas orgânicas a partir de substâncias inorgânicas do ambiente As teorias sobre as plantas, seu crescimento e a absorção de nutrientes NUTRIENTES ORGÂNICOS ARISTÓTELES (384-322 a.c.): terra, água, ar e fogo Fonte: http://questoesbiologicas.blogspot.com.br/2013_05_15_archive.html?view=classic As teorias sobre as plantas, seu crescimento e a absorção de nutrientes J.B.Van Helmont 1580-1644 Medico- Belga 74,4 Kg Lei do Mínimo de Liebig (1803-1873) água Salgueiro 2,3 Kg 91 kg solo seco ao forno Fonte: http://www.biografiasyvidas.com/biografia/v/van_helmont.htm Após 5 anos Água 91 kg 0,57 g = "A produtividade das culturas é limitada pelo nutriente que estiver em menor disponibilidade no solo, mesmo que os demais estejam em níveis adequados". Fonte: http://www.aducat.com.br/home/?secao=noticiasver&id=mta2 Fonte: http://colnect.com/de/stamps/stamp/119155-justus_von_liebig-ber%c3%bchmte_pers%c3%b6nlichkeiten-deutschland_ddr 2
Classificação dos elementos considerados essenciais para as plantas Os elementos minerais nas plantas e Critérios de essencialidade (1)um elemento é considerando essencial quando a planta não consegue completar seu ciclo de vida na sua ausência Fonte: Epstein, 1999 Os elementos minerais nas plantas e Critérios de essencialidade ( 2 )Um elemento exerce uma determinada função e esta não pode ser substituída por outro elemento Os elementos minerais nas plantas e Critérios de essencialidade (3) O elemento deve estar envolvido diretamente no metabolismo da planta, fazendo parte de um constituinte essencial, ou exigido para um passo metabólico. 3
Classificação dos nutrientes das plantas de acordo com a função bioquímica Grupo 1: Que forma compostos orgânicos com o carbono N Constituinte de aminoácidos, proteínas, nucleotídeos, coenzimas,... S- componente da 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, manano 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 dos nutrientes das plantas de acordo com a função bioquímica Grupo 3: Nutrientes que permanecem na sua forma iônica K - (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 K + 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 dos nutrientes das plantas de acordo com a função bioquímica 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, desidrogenase glutâmica 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 Móveis Nitrogênio Potássio Magnésio Fósforo Cloro Sódio Zinco Molibdênio Imóveis Cálcio Enxofre Ferro Boro Cobre Elemento essencial móvel Sintomas de deficiência evidencia-se primeiro nas folhas mais velhas. Elemento essencial pouco móvel Sintomas de deficiência evidencia-se primeiro nas folhas mais jovens. 4
Formas dos elementos disponíveis para as plantas Nutrientes Não Minerais níveis para as plantas Nutrientes Minerais Macronutrientes Formas disponível para as plantas Carbono CO 2 Oxigênio O 2 e H 2 O Hidrogênio H 2 O Forma disponível para as plantas Nitrogênio NO 3 -, NH 4 + Fósforo H 2 PO 4-, HPO 4-2 Potássio K + Cálcio Ca 2+ Magnésio Mg 2+ Enxofre SO 4 2- Formas dos elementos disponíveis para as plantas Nutrientes- Minerais Micronutrientes Forma disponível para a plantas Ferro Fe 2+ e Fe 3+ Zinco Zn 2+ Cobre Cu+ e Cu 2+ Manganês Mn 2+ Boro H 3 BO 3 Cloro Cl - Molibidênio MoO 4 2- Níquel Ni 2+ ph do SOLO Influência do ph do solo na disponibilidade de nutrientes Crescimento radicular (favorecido em solos levemente ácidos ph 5,5 a 6,5) Desenvolvimento de microrganismos (fungos solos ácidos / bactérias solos alcalinos) Disponibilidade de nutrientes Fonte: http://qan2013-1ufersa.blogspot.com.br/2013/07/ph-fatorde-alta-relevancia-em-analise.html 5
Influência do ph do solo na disponibilidade de nutrientes MOVIMENTO DE ÍONS DA SOLUÇÃO DO SOLO PARA SUPERFÍCIE DAS RAÍZES FLUXO DE MASSA É o movimento de nutrientes da solução do solo em direção à superfície das raízes (RIZOSFERA) INTERCEPÇÃO RADICULAR Corresponde à quantidade de nutrientes que as raízes encontram disponíveis na rizosfera. DIFUSÃO É um gradiente de concentração que faz com que o nutriente se mova da área de MAIOR concentração para a área de MENOR concentração. MOVIMENTO DE ÍONS DA SOLUÇÃO DO SOLO PARA SUPERFÍCIE DAS RAÍZES MOVIMENTO DA ÁGUA E DOS SOLUTOS DO SOLO PARA AS RAÍZES Fonte: http://www.soloplan.agrarias.ufpr.br/litoral/pdf/nutricao_plantas.pdf 6
MOVIMENTO DA ÁGUA E DOS SOLUTOS DO SOLO PARA AS RAÍZES MOVIMENTO DA ÁGUA E DOS SOLUTOS DO SOLO PARA AS RAÍZES Os minerais são absorvidos em períodos distintos e quantidades variáveis durante o seu ciclo de vida Fonte: Martins et al., 2009) 7
MARCHA DE ABSORÇÃO DE MACRONUTRIENTES NA CULTURA DO GIRASSOL MARCHA DE ABSORÇÃO DE MACRONUTRIENTES NA CULTURA DO GIRASSOL Aquênios Aquênios Capítulo Caule Folha Folha MARCHA DE ABSORÇÃO DE MACRONUTRIENTES NA CULTURA DO GIRASSOL Acúmulo e exportação de macronutrientes pelo híbrido de melancia Tide Aquênios Capítulo Total (Y3) Frutos (Y2) Caule Pecíolo Folha Vegetativa (Y1) 8
Acúmulo e exportação de macronutrientes pelo híbrido de melancia Tide Crescimento das plantas em função da concentração de nutrientes no tecido vegetal. NCD Nível Crítico de deficiência; NCT Nível crítico de toxidez Total (Y3) Frutos (Y2) Vegetativa (Y1) Substratos de Cultivo Cultivo em Solo Neossolo quartzarênico Aluvial Latossolovermelho amarelo Neossolo quartzarênico Aluvial Latossolovermelho amarelo 1. topografia e tipo de solo. 2. Quantidade de minerais, 3. ph 4. teor de Alumínio, 5. Capacidade de troca catiônica (CTC). Fonte: http://queconceito.com.br/producao-agricola 9
Substratos de Cultivo Cultivo Hidropônico Cultivo Hidropônico Determinar se um elemento mineral é essencial ou não 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. Substratos de Cultivo Substratos de Cultivo Cultivo em Aeroponia Cultivo em Aeroponia Neste sistema, as raízes das plantas ficam suspensas e imersas numa Câmara de Cultura, ou Câmara de Cultivo, onde são aspergidas com uma névoa de solução nutritiva, a intervalos de tempo muito curtos, geralmente de alguns minutos. Fonte: http://www.iac.sp.gov.br/publicacoes/agronomico/pdf/oagronomico-edicao-64-66-informacoes-tecnicas-artigo-2.pdf 10
As raízes das plantas são influenciadas pelo sistema NITROGÊNIO (N) Clorose (principalmente nas folhas mais velhas) NITROGÊNIO (N) FÓSFORO (P) O seu excesso na planta causa crescimento exagerado da parte aérea Pigmentos vermelhos e roxos Crescimento reduzido em plantas jovens; as folhas podem apresentar: coloração verde escura podendo chegar a roxa, má formação e manchas necróticas. 11
FÓSFORO (P) POTÁSSIO (K) Menor perfilhamento e dormência das gemas laterais O excesso de fósforo pode causar deficiência de micronutrientes Manchas cloróticas nas margens das folhas mais velhas que podem evoluir para necrose do tecido; inibição do crescimento e da formação de gemas. O seu excesso provoca deficiência de Magnésio CÁLCIO (Ca) MAGNÉSIO (Mg) Necrose e deformação das regiões meristemáticas; manchas escuras nos frutos. O excesso provoca deficiência de potássio e magnésio Clorose entre as nervuras foliares das folhas mais velhas. O seu excesso provoca carência de potássio e cálcio 12
ENXOFRE (S) FERRO (Fe) Clorose; redução do crescimento; acúmulo de antocianinas nas folhas mais jovens; redução no florescimento. Clorose internerval nas folhas mais jovens; redução no crescimento e na frutificação. MANGANÊS (Mn) BORO (B) Clorose internerval associada com o desenvolvimento de pequenas manchas cloróticas, principalmente nas folhas mais novas. Clorose e necrose das folhas mais jovens, principalmente na base laminar; caules rígidos e quebradiços; perda da dominância apical; necrose dos ápices caulinares. 13
ZINCO (Zn) COBRE (Cu) Redução do crescimento dos internódios; folhas pequenas e retorcidas, com a margem de aparência enrrugada. Principalmente nos tecidos totalmente desenvolvido A ocorrência de clorose em folhas novas ou manchas verde-azuladas e escuras. As touceiras não conseguem se sustentar e os tecidos foliares perdem turgidez, fazendo com que as folhas fiquem caídas. MOLIBDÊNIO (Mo) CLORO (Cl) - Clorose e necrose marginal, enrolamento foliar; - Manchas amarelo-esverdeado e depois necrose - Murcha das margens e encurvamento do limbo para cima. Folhas murchas: clorose e necrose; Atrofiamento das raízes; Toxidez com queima das folhas, murcha e necrose. 14
NÍQUEL (Ni) Acumulam uréia nas folhas e apresentam necrose nos ápices caulinares. FATORES QUE AFETAM A ABSORÇÃO DE NUTRIENTES NA PLANTA Volume e distribuição das raízes no solo; Intensidade de transpiração da planta; Potencialidade genética das plantas; Características do próprio nutriente como: velocidade de absorção, mobilidade no solo e interação com outros íons; Temperatura e umidade do ar; Disponibilidade de água no solo; ph do solo; Presença de micorriza e Rhizobium (fixação de N 2 ) 15