EFEITOS DA DEFICIÊNCIA DE MINERAIS, EM CUCUMIS SATIVUS L

EFEITOS DA DEFICIÊNCIA DE MINERAIS, EM CUCUMIS
SATIVUS L. “ASHLEY”, CRESCENDO EM CULTURA
HIDROPÓNICA
UNIVERSIDADE DE ÉVORA
Ciências do Ambiente, ramo de Qualidade do Ambiente
Autores:
 Ferreira, Carlos J.
 Pereira, Mónica S. S.
 Silva, Hugo P.
n.º 15193
n.º 15298
n.º 15291
[email protected]
[email protected]
[email protected]
PALAVRAS-CHAVE: Cucumis sativus L.; Cultura Hidropónica; Deficiência; Nutrientes
Essenciais; Sintomas.
RESUMO
Este trabalho tem como objectivo o estudo da importância dos nutrientes minerais
essenciais para o crescimento e desenvolvimento em plantas de pepino, Cucumis sativus L.
Para este fim foi utilizado o método de cultura hidropónica, em que usamos uma solução de
controlo completa e seis soluções com ausência de diferentes elementos essenciais (S, K, Mg,
Ca, P, Micronutrientes). Foram determinados, num intervalo de tempo de duas semanas,
vários parâmetros tais como sintomas e crescimento do epicótilo.
Concluiu-se que todos os nutrientes em falta nas soluções, eram essenciais para um
desenvolvimento saudável das plantas, à excepção do enxofre e magnésio, cujos resultados
foram semelhantes à situação controlo.
INTRODUÇÃO
A nutrição mineral das plantas é a parte da fisiologia vegetal que estuda os processos
relacionados com a aquisição e assimilação de elementos minerais e com o papel
desempenhado por esses elementos essenciais no crescimento e desenvolvimento das
plantas (Coll et al., 2001; Taiz & Zeiger, 1998). Os conhecimentos actuais que existem sobre
esta matéria são bastante amplos, e de enorme importância nomeadamente numa
perspectiva económica, tendo demorado bastante tempo a serem adquiridos. Desde os
primeiros trabalhos de Van Helmondt (1577-1644), que relacionou o aumento da biomassa de
1
uma planta com a água que lhe foi fornecida, passando pelas experiências de Woodward, de
Hales ou de Sprenger, até aos importantes trabalhos de Sachs e Knops já na segunda metade
do século XIX, relacionados com o crescimento em solução nutritiva, tudo contribuiu para o
alargado conhecimento actual das necessidades minerais das plantas (Coll et al., 2001).
Um dos métodos de estudo da nutrição mineral é a cultura hidropónica, em que se
proporciona o desenvolvimento de culturas vegetais com as raízes mergulhadas em soluções
de nutrientes conhecidos, e promovendo a oxigenação e ajuste do pH das mesmas (Coll et
al., 2001; Salisbury & Ross, 1985; Taiz & Zeiger, 1998). Neste processo de estudo existe a
vantagem de isolar as plantas em cultura, do meio complexo que é o solo, limitando a
existência de eventuais interacções e permitindo apenas o estudo e o conhecimento dos
fenómenos de absorção mineral, possibilitando a identificação efeitos da eventual carência de
um determinado nutriente mineral (Coll et al., 2001; Taiz & Zeiger, 1998). Os nutrientes
minerais que, em défice na planta provocam sintomas característicos da sua carência e que
impedem o desenvolvimento normal do ciclo de vida da planta, quer no plano vegetativo quer
do ponto de vista reprodutor, designam-se por nutrientes essenciais. Estes elementos,
embora necessários em quantidades bastante inferiores que o carbono, o oxigénio e o
hidrogénio, que maioritariamente constituem a biomassa vegetal, são fundamentais para o
crescimento normal das plantas, dividem-se em dois grupos: macronutrientes, cuja
concentração em tecido seco da planta é igual ou superior a 0,1% e de que são exemplo,
para além dos elementos já referidos, o azoto, o potássio, o cálcio, o magnésio, o fósforo e o
enxofre, e micronutrientes, que são essenciais em concentrações inferiores a 0,1%, tendo
sido até agora identificados o cloro, o boro, o ferro, o zinco, o cobre e o molibdénio (Coll et
al., 2001; Salisbury & Ross, 1985; Taiz & Zeiger, 1998).
Quando há uma redução ou ausência de determinado nutriente essencial, a planta
apresenta normalmente sinais ou sintomas reveladores da deficiência específica nesse
mineral, embora possam existir situações em que a planta não revela alterações morfológicas
(Coll et al., 2001). Estas alterações ao nível da parte aérea da planta, podem apresentar-se
sobre a forma de cloroses (manchas esbranquiçadas ou amareladas devido à ausência de
clorofila), de necroses (zonas de tecido morto, de coloração acastanhada e seca), ou de
enrolamento, encarquilhamento ou atrofio das folhas. A deficiência num determinado mineral
pode ser diagnosticada, com relativa facilidade em hidroponia, através das suas
características e localização das mesmas, isto porque estão directamente relacionadas com a
mobilidade interna dos elementos. Assim, se um elemento for facilmente translocável por via
2
floémica, será captado de forma mais rápida pelas folhas jovens, pelo que quando houver
carência nesse nutriente os sintomas surgirão primeiro nas folhas mais velhas. No caso de
elementos menos móveis, os sintomas serão evidentes primeiramente nas folhas jovens
(Dias, 2001).
Partindo deste conjunto de conhecimentos adquiridos ao longo de inúmeras
investigações experimentais, decidimos estudar os efeitos específicos da deficiência em
nutrientes minerais, em plantas de Cucumis sativus L.”Ashley”, desenvolvendo-se em cultura
hidropónica, incidindo o estudo essencialmente nos parâmetros referentes aos aspectos
morfológicos indicadores e comprimento do epicótilo.
MATERIAIS E MÉTODOS:

Material necessário:


















56 plantas de pepino ”Ashley”
11 Soluções stock
Pipetas e pompetes de diferentes capacidades
Água destilada
Tesoura e marcador resistente à água.
Papel absorvente
Balões volumétricos (1000, 500, 250 e 100mL)
1 Copo graduado de 1 litro
1 Copo com água para lavagem da areia das raízes
1 Esguicho com água destilada
7 Vasos de cultura hidropónica
Réguas graduadas em milímetros (±0.5 mm)
Balança de precisão (  0.001g)
Pavio
7 Garrafões de plástico de água engarrafada
Vermiculite (meio de cultura inerte)
Espátula
Procedimentos laboratoriais:
A – Preparação de soluções nutritivas para cultura hidropónica
Foram preparadas 7 soluções nutritivas de diferente constituição, a partir de 11
soluções stock, isto é, de soluções concentradas de minerais de composição conhecida, tendo
sido utilizados os valores de solução stock indicados na tabela 1, e em unidades de mL de
solução stock por litro de solução nutritiva.
3
SOLUÇÃO
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
L
DESIGNAÇÃO
FORMULA
QUÍMICA
PESO
MOLECULAR
G/ 250ML
Cloreto de Amónio
NH4Cl
53,5
5,75
Nitrato de Amónio
NH4NO3
80,04
10,00
Nitrato de Cálcio Tetrahidratado
Ca(NO3)2.4H2O
236,15
47,25
Cloreto de Cálcio Anidro
CaCl2
110,99
7,25
Hidrogenofosfato de Magnésio
Mg(HPO4)2
214,30
11,50
Sulfato de Magnésio Heptahidratado
MgSO4.7H2O
246,48
24,75
Dihidrogenofosfato de Potássio
KH4PO4
136,09
6,75
Nitrato de Potássio
KNO3
101,11
30,25
Sulfato de Potássio
K2SO4
174,26
21,75
Cloreto de Cobre Dihidratado
CuCl2.2H2O
170,48
0,02
Cloreto de Magnésio Tetrahidratado
MnCl2.2H2O
197,90
0,45
Cloreto de Zinco
ZnCl2
100,50
0,06
Molibdato de Sódio
Na2MoO4
206,00
0,02
Sulfato de Cobre (II) Pentahidratado
CuSO4.7H2O
287,50
4,95
EDTA
Na2C10H14N22H2O
244,25
0,67
Tabela 1 – Constituição das soluções stock, assim como parâmetros a elas ligados;
MOLARI
-DADE
0,43
0,50
0,80
0,26
0,21
0,40
0,20
1,20
0,50
0,0005
0,0091
0,0024
0,00039
0,069
0,0110
As soluções preparadas foram as seguintes:
 1 Solução completa com todos o macro e micro nutrientes essenciais
disponíveis – Solução Completa - VASO A
 1 Solução sem potássio na sua constituição – Solução – K – VASO D
 1 Solução sem cálcio na sua constituição – Solução – Ca – VASO E
 1 Solução sem magnésio na sua constituição – Solução – Mg – VASO F
 1 Solução sem fósforo na sua constituição – Solução –P – VASO C
 1 Solução sem enxofre na sua constituição – Solução – S – VASO G
 1 Solução sem micro nutrientes na sua constituição – Solução – Micro –
VASO B
Cada uma destas soluções foi colocada num vaso para cultura hidropónica, ficando
cada um identificado com a solução que continha (Tabela 2).
4
Soluções
Stock
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
L
Solução
Completa
(ml/L)
5
5
5
5
2
2
Solução
Micro
(ml/l)
5
5
5
5
5
2
Solução Solução
P
K
(ml/l)
(ml/l)
5
1
6
5
5
5
5
5
5
5
2
2
2
2
Solução Solução Solução
Ca
Mg
S
(ml/l)
(ml/l) (ml/l)
5
8
6
5
5
5
10
5
5
1
5
5
4
5
2
2
2
2
2
2
Tabela 2 – Concentrações de solução stock contida em cada solução nutritiva por nós utilizada;
B – Montagem Experimental:
Inicialmente houve uma tentativa para realizar esta experiência, utilizando o sistema
de montagem NFT (Nutriente Film Technique). Contudo este sistema demonstrou-se bastante
precário e muito pouco fiável.
Desta forma, procedeu-se à execução de uma outro sistema (Figura 1), que consistia
na absorção directa, através de pavio, da solução (contida no garrafão) para a vermiculite
onde se encontravam as plantas.
Figura 1 – Esquema de montagem.
5
C – Observação de sintomas de deficiência e medição e registo do
comprimento do epicótilo:
Após uma semana e após duas semanas de cultura hidropónica, as plantas foram
cuidadosamente observadas no sentido de verificar se existiam sintomas de carência
nutricional, tendo os dados recolhidos sido registados em grelha desenvolvida para o efeito.
Nestes dois momentos foi também medido e registado o comprimento do epicótilo em todas
as plantas, tendo sido calculada a média e o erro padrão para cada solução, tendo sido
determinadas as taxas de crescimento para os vários tratamentos.
6
APRESENTAÇÃO/TRATAMENTO DE RESULTADOS
Nos quadros seguintes estão registados os valores medidos do comprimento do
VASOS
VASOS
VASOS
epicótilo das diversas plantas medidos durante esta actividade (Tabelas 3, 4, 5 e 6)
A
B
C
D
E
F
G
1
5,5
2,5
5
3
3,5
6
5
PLANTAS (COMPRIMENTO DO EPÍCOTILO EM CM)
2
3
4
5
6
5,5
5,5
4,5
3,5
5
2
3
4
4
3
4,5
5
5,5
5,5
6
3
4,5
3,5
--5
4,5
4,5
3,5
2,5
7
4
4
3
4
5
6
4,5
3,5
4,5
A
B
C
D
E
F
G
1
6,0
3,5
5,5
3,5
4,5
7
5,5
PLANTAS (COMPRIMENTO DO EPÍCOTILO EM CM)
2
3
4
5
6
6
6
5,5
4
--5
5
4,5
4
5
5,5
6
5,5
6
4
4,5
4
--5,5
5,5
5
4,5
5
7
4,5
5
4
4
6
6
5,5
5
5,5
7
4
4
--5
-3,5
A
B
C
D
E
F
G
1
7
5
6,5
5
6,5
7
6
PLANTAS (COMPRIMENTO DO EPÍCOTILO EM CM)
2
3
4
5
6
7
7
6
5
--6
5,5
5
5
6
6
6
6
7
4,5
4,5
4
--5,5
6,5
5
5
7
7,5
5
5
4,5
4,5
7
6
7,5
6
6
7
4,5
6
--4,5
-4
VASOS
1
A
7,5
B
6
C
6,5
D
5,5
E
6,5
F
7
G
7
Tabelas 3 a 6 – Evolução do
7
4
3
--6
-3
PLANTAS (COMPRIMENTO DO EPICÓTILO EM CM)
2
3
4
5
6
7
7
7,5
7
7
-7
-6,5
6
5,5
4
6,5
6,5
6
6
6,5
6
-4,5
5,5
5
---5,5
7
5,5
5,5
--7,5
5,5
6
5
4
-7
7
8
6
6
-comprimento dos epicótilos registados nos diferentes dias, respectivamente, 6,
9, 13 e 17 de Janeiro de 2003
7
Para a realização dos gráficos a seguir representados (Gráficos 1 a 7), foram
utilizadas as médias referentes ao crescimento médio das plantas de cada vaso para cada
leitura efectuada (Tabela 7).
MÉDIA DO COMPRIMENTO DAS PLANTAS NOS
DIFERENTES VASOS (CM)
1ª leitura
(6/01)
2ª Leitura
(9/01)
3ª Leitura
(13/01)
4ª Leitura
(17/01)
A
B
C
D
E
F
G
4,78
3,07
5,25
3,50
4,21
4,67
4,50
5,25
4,33
5,58
4,00
5,00
5,25
5,29
6,08
5,40
6,00
4,50
5,50
5,58
6,07
6,33
4,08
5,67
4,62
4,70
5,83
6,83
Tabela 7 – Médias dos comprimentos das plantas de todos os vasos
É preciso ter em conta que para a obtenção valores médios dos comprimentos do
epicótilo das plantas, apenas se consideraram os valores do comprimento das plantas que
sobreviveram.
Comprimento (cm)
Variação do Comprimento do Epicótilo das Plantas
do Vaso A
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1ª Leitura
2ª Leitura
3ª Leitura
4ª Leitura
8
Comprimento (cm)
Variação do Comprimento do Epicótilo nas Plantas do
Vaso B
7
6
5
4
3
2
1
0
1ª Leitura
2ª Leitura
3ª Leitura
4ª Leitura
Comprimento (cm)
Variação do Comprimento do Epicótilo das Plantas do
Vaso C
7
6
5
4
3
2
1
0
1ª Leitura
2ª Leitura
3ª Leitura
4ª Leitura
Comprimento (cm)
Variação do Comprimento do Epicótilo nas Plantas do
Vaso D
6
5
4
3
2
1
0
1ª Leitura
2ª Leitura
3ª Leitura
4ª Leitura
9
Comprimento (cm)
Variação do comprimento do Epicótilo nas plantas
do Vaso E
7
6
5
4
3
2
1
0
1ª Leitura
2ª Leitura
3ª Leitura
4ª Leitura
Comprimento (cm)
Variação do comprimento do Epicótilo nas plantas
do Vaso F
7
6
5
4
3
2
1
0
1ª Leitura
2ª Leitura
3ª Leitura
4ª Leitura
Comprimento (cm)
Variação do comprimento do Epicótilo nas plantas
do Vaso G
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1ª Leitura
2ª Leitura
3ª Leitura
4ª Leitura
Gráficos 1 a 7 – Representações gráficas das variações médias dos comprimentos
dos epicótilos das plantas
10
Observação de sintomas de deficiências minerais
vasos.
Na tabela seguinte estão descritas os sintomas observados sobre cada um dos
Solução
-Completa
-P
-K
-Ca
-Mg
-S
-Micro
Sintomas observados
Data: 06/01/2003 – 7dias
Crescimento aparentemente normal,
com folhas desenvolvidas, caules
fortes e botões verdes.
Crescimento reduzido.
Folhas com manchas escuras e
caules finos.
Crescimento reduzido, com entrenós
reduzidos.
Folhas jovens e velhas com clorose e
necrose marginal e ligeiro
encarquilhamento.
Necroses nas margens e nos ápices
das folhas.
Folhas mais jovens com mosaico de
manchas necróticas e cloróticas.
Folhas jovens ligeiramente
encarquilhadas.
Sintomas observados
Data: 17/01/2003 – 18 dias
Crescimento e desenvolvimento
aparentemente normais, sem qualquer
observação de sintomas de deficiência.
Crescimento reduzido.
Folhas mais velhas secas e com
necroses.
Caules finos.
Crescimento muito reduzido.
Necroses e cloroses nos ápices e
margens foliares. Encaracolamento das
folhas.
Crescimento reduzido.
Necroses e cloroses nas folhas mais
jovens, assim como encarquilhamento.
Crescimento aparentemente normal.
Necroses no bordo do limbo das
folhas mais velhas (cotilédones).
Crescimento aparentemente normal.
Necroses intervenais em folhas mais
velhas.
Algumas folhas secas.
Crescimento pouco afectado.
Crescimento aparentemente normal.
Algumas folhas jovens com clorose.
Folhas mais jovens com manchas
cloróticas.
Crescimento ligeiramente reduzido.
Crescimento reduzido.
Folhas jovens murchas, alguns
Clorose e necrose nos cotilédones.
cotilédones amarelados e folhas com
manchas necróticas e cloróticas.
Tabela 8 – Observações efectuadas sobre cada um dos vasos
DISCUSSÃO
Observação de sintomas de deficiências minerais
Do quadro de sintomas observados é possível verificar que as plantas que cresceram
em solução completa apresentaram um crescimento normal, tendo-se no entanto verificado
que no final da segunda semana se observaram algumas folhas novas secas, possivelmente
por motivo de ligeiro déficit de nutrientes imóveis (cálcio ou magnésio). Ao contrário do que
11
seria de esperar, as plantas que se desenvolveram em solução sem enxofre evidenciaram um
elevado crescimento.
Relativamente aos sintomas observados para os restantes tratamentos (ver anexo 1),
é possível referir que foram ao encontro dos referidos pelos vários autores consultados (Coll
et al., 2001; Salisbury & Ross, 1985; Taiz & Zeiger, 1998), sendo importante referir o elevado
grau de encarquilhamento das folhas, nas plantas que cresceram em solução nutritiva sem
potássio, ocorrência que aparece referenciada, mas que se verificou bastante acentuada e
associada também ao reduzido crescimento das plantas. O papel do potássio aparece
associado ao metabolismo enzimático, mas devido ao facto de terem sido determinadas
necessidades elevadas deste nutriente, têm-se desenvolvido estudos que sugerem a sua
actividade como contribuinte para a preservação da estrutura necessária para a actividade
enzimática óptima, enquanto outros trabalhos apontam para a sua acção ao nível do
transporte de açucares pelo floema ou no mecanismo de regulação da abertura e fecho dos
estomas (Coll et al., 2001). Estas sugestões podem justificar os sintomas observados nas
plantas que cresceram na ausência de potássio, visto que as necessidades neste mineral são
elevadas e por isso os resultados da sua carência revelam-se também eles dramáticos.
Variação do comprimento do epicótilo
Em relação à taxa de crescimento relativo é possível constatar que, de uma forma
geral, decresceu da primeira para a segunda semana (decréscimo do declive – ver gráficos),
justificando-se esta situação pelo facto de este parâmetro considerar o tamanho inicial da
planta, que aumentou em média de forma significativa do primeiro para o segundo período
de medição, ou seja, à medida que a planta aumenta de tamanho, o mesmo crescimento
absoluto tem um efeito menor em termos de crescimento relativo.
As plantas que estiveram em cultura de soluções sem magnésio e enxofre
apresentaram valores de crescimento médio final e curvas de crescimento bastante
semelhantes às do tratamento completo, situação que é surpreendente no que se refere
principalmente à solução sem e enxofre, cujo crescimento deveria diminuir de forma
acentuada visto tratarem-se de componentes estruturais de aminoácidos e proteínas
extremamente fundamentais para o desenvolvimento da planta (Coll et al., 2001; Dias,
2001), tendo como possível explicação, uma falha na preparação das soluções. O potássio
apresenta um crescimento bastante reduzido ao longo das duas semanas de experiência, sem
grande variação na sua taxa de crescimento absoluto, o que vem também ao encontro do
12
descrito na bibliografia consultada, que refere para plantas com deficiência em potássio,
caules finos e fracos, com tendência para a prostração (Dias, 2001) e aspecto atarracado
devido ao encurtamento dos entrenós (Coll et al., 2001). As plantas que cresceram em
solução nutritiva sem micronutrientes apresentam um crescimento médio final um pouco
inferior às que cresceram em solução completa essencialmente devido à diminuição da taxa
de crescimento absoluto na segunda semana (13 e 17 de Janeiro) de crescimento.
Provavelmente explica-se pelo facto destes elementos serem componentes de enzimas, bem
como intervenientes no processo da sua activação (Coll et al., 2001; Dias, 2001).
Relativamente às plantas que cresceram em soluções nutritivas sem cálcio e fósforo
observou-se um crescimento reduzido quando em comparação com a solução completa, isto
porque ambos entram na constituição e funcionamento das membranas celulares, ao nível da
selectividade, sendo o ião fosfato um dos componentes fundamentais dos nucleótidos
utilizados no metabolismo energético e ácidos nucleicos ( Coll et al, 2001; Dias, 2001)
CONCLUSÕES
O que de certo se pode concluir deste trabalho, é que as soluções nutritivas sem
enxofre e magnésio, provavelmente foram mal administradas durante o procedimento
experimental ou as medições feitas pelo próprio experimentador não foram bem efectuadas,
pelo simples facto de os resultados obtidos demonstrarem que na sua ausência o crescimento
das plantas não é afectado tão drasticamente como seria de esperar, já que se tratam de
nutrientes essenciais que só por si, explicam a sua importância nas funções vitais das plantas.
Para os restantes nutrientes conclui-se serem fundamentais para o bom desenvolvimento das
plantas, visto o seu crescimento ser afectado na ausência de qualquer um desses elementos.
Todos eles intervêm ao nível do metabolismo energético, formação de ácidos nucleicos e
proteínas, formação e constituição de membranas celulares, assim como activação de
processos enzimáticos, e até na própria formação da molécula de clorofila, impossibilitando as
funções autotróficas características dos seres vegetais, sendo por todos estes motivos,
afectado a vários níveis o crescimento natural das plantas.
13
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
COLL, J.B.; Rodrigo, G.N.; Garcia, B.S. & Tamés, R. S. (2001). Fisiologia Vegetal. Ediciones
Piramide, Madrid.
DIAS, A. (2001). Nutrição Mineral – Observação de sintomas e quantificação de efeitos de deficiências
minerais em plantas de pepino (Cucumis sativus L. “Ashley”) crescendo em cultura hidropónica.
Departamento de Biologia da Universidade de Évora, Évora
SALISBURY, F.B. & Ross, C.W. (1978). Plant Physiology, 2ª ed. Wadsworth Publishing Company, Inc.
Belmont, California.
TAIZ, L. & Zeiger, E. (1988). Plant Physiology, 2ª ed. Sinauer Associates, Inc. Publishers, Sunderland,
Massachussets.
14
ANEXO 1
15
16
17
18