CONTEÚDO 06 - NOÇOES DE NUTRIÇÃO MINERAL

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Noções de nutrição mineral
Nutrientes minerais são elementos obtidos principalmente na forma de íons
inorgânicos do solo. Apesar desses nutrientes continuamente circularem por todos os
organismos, eles entram na biosfera predominantemente pelos sistemas radiculares
das plantas. A grande área de superfície das raízes e a capacidade das mesmas em
absorver íons inorgânicos em baixas concentrações no solo fazem da absorção
mineral pelas plantas um processo muito eficaz. Após terem sido absorvidos pelas
raízes, tais elementos são translocados para as diversas partes da planta, onde são
utilizados em numerosas funções biológicas;
Outros organismos, como fungos
micorrízicos e bactérias fixadoras de nitrogênio, geralmente participam com as raízes
da obtenção de nutrientes.
Fixação industrial do nitrogênio
A produção de adubos nitrogenados pode ser feita através de indústrias de adubos –
fixação industrial – produzindo fertilizantes nitrogenados.
Na fixação industrial (processo de Haber-Boch), em temperaturas de 300 a 400ºC, a
queima do petróleo fornece energia necessária para a reação do hidrogênio com o
nitrogênio para formar amônia, que pode ser utilizada diretamente como fertilizante ou
na produção de outros compostos nitrogenados como a ureia. A amônia produzida
para o uso como fertilizante sustenta cerca de 40% da população mundial.
Nitrogênio na forma de rochas
O nitrogênio também pode ser encontrado em rochas como o Salitre do Chile
(NaNO3), encontradas nos desertos do Chile, Bolívia e Peru, e o Salitre de Bengala
(KNO3), nos desertos da Índia, Pérsia e Egito.
Organismos fixadores de nitrogênio – fixação biológica
Apesar de ser abundante na atmosfera (78% do ar atmosférico é formado por
nitrogênio), o nitrogênio molecular não pode ser absorvido pelas plantas. Exceto pelos
micro-organismos fixadores ou via adubação nitrogenada (fertilizantes nitrogenados).
A fixação biológica é realizada por alguns micro-organismos procariontes que
possuem o maquinário enzimático necessário para reduzir o nitrogênio molecular a
amônia. Esses microrganismos podem ser de vida livre ou viver em associações
mutualísticas com organismos superiores. Para a maioria dos procariontes (bactérias
e cianobactérias) fixadores de vida livre ou que vivem em associações mutualísticas, a
energia para o processo vem direta ou indiretamente da luz.
Os organismos fixadores de nitrogênio pertencem a três grupos: bactérias,
cianobactérias e actinomicetos (bactérias filamentosas septadas e Gram positivas).
As bactérias podem ser de vida livre ou estabelecer relações mutualísticas com
plantas de diversas categorias taxonômicas.
Exemplos de bactérias de vida livre no solo: Azotobacter, Azospirillum, Beijerinckia,
Clostridium, Escherichia e Klebsiella.
Alguns micro-organismos fixadores de nitrogênio podem viver associados à rizosfera
ou à filosfera de plantas superiores e, nesses casos, poderiam utilizar compostos
exsudados pelas raízes ou pelas folhas, respectivamente.
Rizosfera corresponde toda região de solo ao redor das raízes.
Filosfera nada mais é do que a superfície das folhas das plantas. Embora não se
consegue enxergar a olho nu, essa superfície, muitas vezes, está repleta de uma
grande quantidade micro-organismos tais como bactérias e fungos.
As bactérias Beijerinckia fluminensis e Azotobacter paspali são encontradas na
rizosfera da cana-de-açúcar e da grama comum, respectivamente. Outras espécies de
gramíneas podem apresentar a bactéria Beijerinckia fluminensis na sua rizosfera.
Nesses casos, mesmo que as bactérias não penetrem no sistema radicular pode-se
considerar com uma associação mutualística, uma vez que parte nitrogênio fixado
pelo micro-organismo é utilizado pela planta e parte dos carboidratos liberados pelas
raízes desta é utilizado pelos organismos fixadores.
Há também sistemas mutualísticos envolvendo bactérias endofíticas (habitam o
interior de plantas). As plantas milho, trigo e cana-de-açúcar podem realizar
mutualismo com as bactérias endofíticas Azospirillum lipoferum, Azospirillum
braziliense e Acetobacter diazotrophicus, respectivamente.
Entre as cianobactérias, as que pertencem ao gênero Nostoc, são encontradas em
associação com briófitas e as do gênero Anabaena podem se desenvolver em
cavidades existentes nas folhas de algumas pteridófitas (gênero Azolla).
Dentre as angiospermas, espécies do gênero Gunnera (folha-mamute – encontrada
na Mata Atlântica) podem realizar associação com a cianobactéria Nostoc puctiforme,
formando densas colônias dentro do caule, na forma de nódulos.
Nas demais Angiospermas não leguminosas fixadoras de nitrogênio, os microorganismos fixadores são os actinomicetos (bactérias filamentosas) pertencentes ao
gênero Frankia.
Nas angiospermas leguminosas, as bactérias fixadores de nitrogênio são
genericamente denominadas de rizóbio.
Hoje se considera os seguintes gêneros de bactérias como rizóbio: Rhizobium,
Bradyrhizobium, Mesorhizobium e Sinorrhizobium. Nessa associação mutualística, a
planta (hospedeiro) fornece produtos da fotossíntese, principalmente sacarose,
recebendo amônia da bactéria (hospede).
Leguminosae (Fabaceae) constitui a terceira maior família das Angiospermas.
Uma espécie de leguminosa pode fazer nódulos em suas raízes os quais podem
conter uma ou mais espécies de rizóbios, assim como um tipo de rizóbio (bactéria)
pode infectar vários hospedeiros desenvolvendo nódulos eficientes.
Nitrogenase
A enzima que catalisa a fixação do nitrogênio é denominada nitrogenase, ela é similar
em todos os organismos dos quais foi isolado.
A nitrogenase catalisa a redução do nitrogênio molecular (N2) em amônia (NH3).
Essa enzima contém grupos prostéticos de molibdênio, ferro e sulfato, e por isso
esses elementos são essenciais para a fixação do nitrogênio. A nitrogenase também
utiliza grandes quantidades de ATP como fonte de energia, tornando a fixação do
nitrogênio um processo metabólico caro.
Formas como ocorre a penetração das bactérias nas raízes das leguminosas
Foram descobertas, até agora, três formas básicas de penetração ou infecção da
bactéria nas raízes de leguminosas: na primeira, o processo se dá através de pelo
radicular com a formação de uma estrutura tubular, no interior da qual as bactérias
são conduzidas até as células que formarão o tecido infectado do nódulo, como
ocorre, por exemplo, na soja.
Na segunda – via epiderme intacta – as bactérias penetram entre as células
epidérmicas, como observado na bracatinga e na terceira, a penetração se dá por
ruptura da epiderme e do córtex provocadas pela emergência das raízes laterais ou
ferimentos, como ocorre no amendoim.
Importância da fixação biológica do nitrogênio por rizóbio (mutualismo –
formação de nódulos)
As leguminosas já eram utilizadas pelo homem como alimento e para o
enriquecimento do solo, antes mesmo de se conhecer a habilidade que membros
dessa família tinham em se associar com o rizóbio e desenvolver nódulos fixadores do
nitrogênio atmosférico. Isso ficou demonstrado em 1886 por Hellriegel e Wilfarth, que
revelaram a função dos nódulos localizados em raízes de ervilha.
Do ponto de vista econômico, os sistemas mutualísticos, especialmente aqueles
resultantes de nódulos radiculares, podem fixar até 100 vezes mais nitrogênio em
comunidades naturais do que os sistemas não mutualísticos.
A fixação biológica do nitrogênio é considerada como o principal processo de adição
de nitrogênio exógeno aos diferentes ecossistemas, sendo de fundamental
importância no balanço desse elemento nos diferentes ambientes,
especialmente naqueles de caráter agrícola.
Rotação de cultura
A técnica agrícola de conservação do solo, denominada rotação de cultura, visa
diminuir a exaustão do solo, quando se planta um só tipo de vegetal (monocultura). A
rotação é realizada trocando as culturas a cada ano ou safra de plantio, de forma que
as necessidades de adubação sejam diferentes a cada ciclo agrícola. Nessa técnica
se alterna as espécies vegetais plantadas numa área agrícola. Essas espécies devem
ter, ao mesmo tempo, o propósito comercial e de recuperação do solo. Por isso, que é
comum alternar o plantio de uma gramínea (milho, arroz, trigo) com uma leguminosa
(soja, feijão). O fato do plantio da leguminosa favorece a fertilidade devido às
bactérias encontradas em suas raízes fixam o nitrogênio do ar solo no solo na forma
de amônia, que depois se transforma em íon amônio. Como nem todos esses
compostos são aproveitados nessa safra, fica uma boa parte que será usada pela
próxima planta plantada no local, geralmente uma gramínea.
Adubação verde
O homem utiliza hoje a adubação verde, prática de plantar leguminosas com a
intenção de enriquecer nutricionalmente o solo. A leguminosa é cultivada para realizar
a incorporação de grandes quantidades de nitrogênio atmosférico pelo processo de
fixação mutualística. Onde a amônia permanece no solo para ser usado por outras
culturas posteriormente plantadas nesse solo. A leguminosa plantada, em vez de ser
colhida é incorporada ao solo para que a matéria orgânica seja degrada e o nitrogênio
transformado em amônia.
Alguém já afirmou: “Foram necessários mais de dois mil anos para que os cientistas
descobrissem o segredo da refertilização pela adubação verde através das
leguminosas”.
Ecossistemas equilibrados
É importante salientar que, em ecossistemas naturais equilibrados, onde ocorre o
processo da decomposição da matéria orgânica com fluxo de nutrientes em
intensidade suficiente para a sua manutenção, há menor necessidade de nitrogênio
exógeno. Sob essas condições as leguminosas não apresentam nódulos ou, quando
estes estão presentes, são pouco eficientes ou ineficientes; como consequência, a
taxa de nitrogênio fixado, pode ser reduzida ou nula.
Fixação atmosférica do nitrogênio
É importante salientar que além da fixação do nitrogênio por bactérias também existe
a fixação atmosférica. Essa fixação ocorre através de relâmpagos, cuja elevada
energia separa o N2 e permite que os seus átomos se liguem com o oxigênio existente
no ar formando monóxido de nitrogênio (NO). Esse composto reage com a água da
chuva transforma-se em nitrato e cai no solo onde fica depositado. A fixação
atmosférica contribui com aproximadamente 58% de todo nitrogênio fixado.
Desnitrificação
A principal perda de nitrogênio no sistema solo-planta ocorre pela desnitrificação, um
processo anaeróbio no qual o nitrato é reduzido a formas voláteis de nitrogênio, como
o nitrogênio gasoso (N2) e o oxido nitroso (N2O), os quais retornam à atmosfera.
O nitrogênio também é perdido em um ecossistema devido à remoção de plantas ( na
colheita, por exemplo), à erosão, à destruição da cobertura vegetal pelo fogo e a
lixiviação. Também pode ocorrer a retirada dos íons nitrato e nitrito da zona radicular
pela água que percola o solo.
Decomposição da materia orgânica e a amonificação
Grande parte do nitrogênio do solo é derivado de organismos mortos e está sob a
forma de materiais orgânicos complexos, como proteínas, aminoácidos, ácidos
nucleicos e nucleotídeos. Estas substâncias nitrogenadas são normalmente
quebradas rapidamente em compostos simples por organismos decompositores como
fungos e bactérias saprófitas. Esses micro-organismos incorporam em suas células o
nitrogênio em aminoácidos e proteínas e liberam o excesso sob a forma de íons
amônio (NH4+) por meio do processo denominado de amonificação.
Em meio alcalino, o nitrogênio na forma de NH4+ pode ser convertido em gás amônia
(NH3) que é volátil e perder-se para a atmosfera. Ainda bem que essa conversão
ocorre normalmente apenas durante a decomposição de grandes quantidades de
material rico em nitrogênio, como um monte de esterco ou de resíduos orgânicos em
contato com a atmosfera.
No solo, a amônia produzida pelo processo de amonização é dissolvida na água, onde
se combina com prótons para formar o íon amônio (NH4+). Esse íon amônio pode não
ser rapidamente oxidado permanecendo no solo, podendo ser nessa forma absorvido
pelas plantas.
Oxidação da amônia – nitrificação
Várias espécies de bactérias comuns no solo são capazes de oxidar a amônia. Entre
elas destacas-se a bactéria pertencente ao gênero Nitrossomona.
Essa bactéria oxida a amônia em nitrito. A oxidação da amônia ou nitrificação é um
processo que libera energia, e a energia liberada é usada por essa bactéria para
produzir seu alimento, a partir de CO2 e H2O. Essas bactérias são denominadas de
quimiossintetizantes.
A quimiossíntese é análoga a fotossíntese, a diferença fundamental esta na fonte de
energia.
Portanto, a bactéria Nitrossomona é autótrofa quimiossintetizante e responsável pela
oxidação da amônia em íons nitrito (NO2-).
2NH4+ + 3O2 -------: 2NO2- + 2H2O
O nitrito é tóxico para as plantas, mas ele raramente se acumula no solo. Nitrobacter,
outro gênero de bactérias oxida o nitrito para formar o nitrato (NO3-) novamente com
liberação de energia;
2NO2- + O2 ------: 2NO3Devido a nitrificação, o nitrato é a forma na qual quase todo nitrogênio é absorvido
pela maioria das plantas cultivadas que crescem em terra seca, onde a nitrificação é
muito favorecida pela presença de oxigênio no solo. A nitrificação é prejudicada em
solos compactados e alagados, em função da baixa disponibilidade de oxigênio.
É importante salientar que tanto o nitrato (NO3-) quanto à amônia (presente em solução
na forma de íon amônio, NH4+) são prontamente utilizados pelas plantas, embora,
como vimos anteriormente, na maioria dos solos, o NH4+ será rapidamente oxidado a
nitrato pelas bactérias nitrificantes.
Outro detalhe importante:
A maioria dos fertilizantes nitrogenados usados comercialmente contém tano íons
amônio (NH4+) quanto à ureia, a qual libera NH4+ nos solos. Sendo que esses íons
amônio (NH4+) são convertidos em nitrato (NO3-) pela nitrificação.
Resumo do ciclo do nitrogênio
Importância da nutrição mineral
A nutrição mineral tem importância na produtividade agrícola como a
proteção do meio ambiente. É evidente que a produtividade da maioria das culturas
agrícolas aumenta linearmente com a quantidade de fertilizantes que absorvem.
É importante salientar que plantas assim cultivada utilizam menos da metade
do fertilizante aplicado. Os minerais restantes podem lixiviar para águas superficiais,
permanecer aderidos às partículas de solo ou contribuir para a poluição atmosférica.
Como consequência da lixiviação de fertilizantes, muitos lagos, rios e poços de água
não satisfazem mais aos padrões de concentração de nitratos em água potável,
causando inclusive, mortalidade da fauna. Porém, vendo num ângulo mais positivo, as
plantas são a via tradicional de reciclagem de restos animais e estão se mostrando
úteis na remoção de minerais deletérios de lixões tóxicos.
Nutrientes essenciais
Para que os vegetais possam crescer e se desenvolver eles precisam de água,
compostos orgânicos oriundos da fotossíntese e alguns minerais. Dos elementos
minerais absorvidos, alguns são essenciais e outros não.
Um elemento é considerado essencial quando: na sua ausência a planta não
completa o seu ciclo vital ou aquele que tem um papel fisiológico claro. Esse elemento
mineral não pode ser substituído por nenhum outro, por mais parecido que seja o
substituinte, - a sua presença afeta diretamente a vida da planta. Sua ausência causa
anomalias severas no crescimento, desenvolvimento e reprodução vegetal.
Se as plantas recebem esses elementos, assim como a energia solar, elas
podem sintetizar todos os compostos que necessitam para um crescimento normal.
A tabela abaixo apresenta os elementos que são considerados essenciais para
a maioria da plantas superiores, senão para todas. Não esqueça que os três
primeiros: hidrogênio, carbono e oxigênio não são considerados nutrientes minerais
porque são obtidos primariamente da água ou do gás carbônico.
Níveis adequados no tecido de elementos que podem ser requeridos pelas
plantas
Obtidos da água ou do gás carbônico
Elemento
Símbolo químico
Número
relativo
de
átomos em relação ao
molibdênio
Hidrogênio
H
60.000.000
Carbono
C
40.000.000
...
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