Nutrição mineral de plantas

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
02/09/2016
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
ARISTÓTELES (384- 322 a.C.):
terra, água, ar e fogo
NUTRIENTES
ORGÂNICOS
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
Lei do Mínimo de Liebig
(1803-1873)
J.B.Van Helmont 1580- 1644
74,4 Kg
Medico- Belga
Salgueiro
2,3 Kg
água
Água
Após 5 anos
91 kg
solo seco
ao forno
"A produtividade das culturas é
limitada pelo nutriente que estiver
em menor disponibilidade no solo,
mesmo que os demais estejam em
níveis adequados".
91 kg
– 0,57 g =
Fonte: http://www.aducat.com.br/home/?Secao=NoticiasVer&id=MTA2
Fonte: http://www.biografiasyvidas.com/biografia/v/van_helmont.htm
Fonte: http://colnect.com/de/stamps/stamp/119155-Justus_von_Liebig-Ber%C3%BChmte_Pers%C3%B6nlichkeiten-Deutschland_DDR
2
02/09/2016
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
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
• (3) O elemento deve estar envolvido diretamente no
metabolismo da planta, fazendo parte de um constituinte
essencial, ou exigido para um passo metabólico.
3
02/09/2016
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 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 N2,
constitui a hidrogenase.
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 C4 e CAM; substitui o K+ em algumas funções.
Mg - (Mg2+) requerido por várias enzimas envolvidas na
tranferência de fosfato; constituinte da clorofila.
Ca - (Ca2+) 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 O2.
Classificação de acordo com a
mobilidade
Móveis
Imóveis
Nitrogênio
Cálcio
Potássio
Enxofre
Magnésio
Ferro
Fósforo
Boro
Cloro
Cobre
Sódio
Zinco
Molibdênio
Elemento essencial móvel
folhas mais velhas.
Sintomas de deficiência evidencia-se primeiro nas
Elemento essencial pouco móvel
primeiro nas folhas mais jovens.
Sintomas de deficiência evidencia-se
4
02/09/2016
Formas dos elementos disponíveis para
as plantas
Nutrientes Não Minerais
níveis
para as plantas
Formas disponível para as
plantas
Carbono
CO2
Oxigênio
O2 e H2O
Hidrogênio
Nutrientes – Minerais
Macronutrientes
Nitrogênio
Fósforo
H2O
Forma disponível para as
plantas
NO3-, NH4+
H2PO4-, HPO4-2
Potássio
K+
Ca2+
Cálcio
Magnésio
Mg2+
Enxofre
SO42-
Formas dos elementos disponíveis
para as plantas
Nutrientes- Minerais
Micronutrientes
Ferro
Zinco
Cobre
Manganês
Boro
Cloro
Molibidênio
Níquel
Forma disponível para a
plantas
Fe 2+ e Fe3+
Zn 2+
Cu+ e Cu2+
Mn2+
H3BO3
ClMoO42Ni2+
Influência do pH do solo na
disponibilidade de nutrientes
pH do SOLO
• Crescimento radicular (favorecido em solos
levemente ácidos – pH 5,5 a 6,5)
• Desenvolvimento de microrganismos
solos
(fungos solos ácidos / bactérias
alcalinos)
• Disponibilidade de nutrientes
Fonte: http://qan2013-1ufersa.blogspot.com.br/2013/07/ph-fatorde-alta-relevancia-em-analise.html
5
02/09/2016
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
02/09/2016
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
02/09/2016
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
Caule
Total (Y3)
Frutos (Y2)
Vegetativa
(Y1)
Pecíolo
Folha
8
02/09/2016
Acúmulo e exportação de macronutrientes
pelo híbrido de melancia Tide
Total (Y3)
Crescimento das plantas em função da concentração de nutrientes
no tecido vegetal. NCD – Nível Crítico de deficiência; NCT –
Nível crítico de toxidez
Frutos (Y2)
Vegetativa
(Y1)
Substratos de Cultivo
Cultivo em Solo
1.
2.
3.
4.
5.
Neossolo quartzarênico
Neossolo quartzarênico
Aluvial
Aluvial
Latossolo vermelho
amarelo
Latossolo vermelho
amarelo
topografia e tipo de solo.
Quantidade de minerais,
pH
teor de Alumínio,
Capacidade de troca catiônica (CTC).
Fonte: http://queconceito.com.br/producao-agricola
9
02/09/2016
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
RESULTADOS
Substratos de Cultivo
Cultivo em Aeroponia
Experimental: Solução
sem potássio
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
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
02/09/2016
As raízes das plantas são influenciadas
pelo sistema
NITROGÊNIO (N)
Clorose (principalmente nas folhas mais velhas)
FÓSFORO (P)
NITROGÊNIO (N)
Pigmentos vermelhos e roxos
O seu excesso na planta causa crescimento exagerado da parte aérea
Crescimento reduzido em plantas jovens; as folhas podem apresentar: coloração verde
escura podendo chegar a roxa, má formação e manchas necróticas.
11
02/09/2016
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)
Necrose e deformação das regiões meristemáticas; manchas escuras nos frutos.
O excesso provoca deficiência de potássio e magnésio
MAGNÉSIO (Mg)
Clorose entre as nervuras foliares das folhas mais velhas.
O seu excesso provoca carência de potássio e cálcio
12
02/09/2016
ENXOFRE (S)
Clorose; redução do crescimento; acúmulo de antocianinas nas folhas mais jovens;
redução no florescimento.
MANGANÊS (Mn)
Clorose internerval associada com o desenvolvimento de pequenas manchas
cloróticas , principalmente nas folhas mais novas.
FERRO (Fe)
Clorose internerval nas folhas mais jovens; redução no crescimento e na
frutificação.
BORO (B)
Clorose e necrose das folhas mais jovens, principalmente na base laminar;
caules rígidos e quebradiços; perda da dominância apical; necrose dos ápices
caulinares.
13
02/09/2016
ZINCO (Zn)
Redução do crescimento dos internódios; folhas pequenas e retorcidas, com a
margem de aparência enrrugada. Principalmente nos tecidos totalmente
desenvolvido
MOLIBDÊNIO (Mo)
- Clorose e necrose marginal, enrolamento foliar;
- Manchas amarelo-esverdeado e depois necrose
- Murcha das margens e encurvamento do limbo para cima.
COBRE (Cu)
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.
CLORO (Cl)
Folhas murchas: clorose e necrose;
Atrofiamento das raízes;
Toxidez com queima das folhas, murcha e necrose.
14
02/09/2016
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 N2 )
15