Nutrición de las plantas

Se sabe que al menos 17 elementos son nutrientes esenciales para las plantas. En cantidades relativamente grandes, el suelo suministra nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre; a menudo se denominan macronutrientes. En cantidades relativamente pequeñas, el suelo suministra hierro, manganeso, boro, molibdeno, cobre, zinc, cloro y cobalto, los llamados micronutrientes. Los nutrientes deben estar disponibles no sólo en cantidades suficientes, sino también en las proporciones adecuadas.

La nutrición de las plantas es un tema difícil de entender por completo, en parte debido a la variación entre diferentes plantas e incluso entre diferentes especies o individuos de un determinado clon. Los elementos presentes en niveles bajos pueden causar síntomas de deficiencia, y la toxicidad es posible en niveles demasiado altos. Además, la deficiencia de un elemento puede presentarse como síntomas de toxicidad de otro elemento, y viceversa. La abundancia de un nutriente puede causar una deficiencia de otro. Por ejemplo, la absorción de K+ puede verse influida por la cantidad de NH+
4 disponible.

El nitrógeno es abundante en la atmósfera de la Tierra, y varias plantas agrícolas de importancia comercial se dedican a la fijación del nitrógeno (conversión del nitrógeno atmosférico en una forma biológicamente útil). Sin embargo, las plantas reciben el nitrógeno principalmente a través del suelo, donde ya está convertido en una forma biológicamente útil. Esto es importante porque el nitrógeno de la atmósfera es demasiado grande para que la planta lo consuma, y requiere mucha energía para convertirlo en formas más pequeñas. Entre ellas se encuentran la soja, las judías y los guisantes comestibles, así como los tréboles y la alfalfa utilizados principalmente para alimentar al ganado. Plantas como el maíz, el trigo, la avena, la cebada y el arroz, de gran importancia comercial, requieren la presencia de compuestos de nitrógeno en el suelo en el que crecen.

El carbono y el oxígeno se absorben del aire, mientras que otros nutrientes se absorben del suelo. Las plantas verdes obtienen normalmente su suministro de carbohidratos del dióxido de carbono del aire mediante el proceso de fotosíntesis. Cada uno de estos nutrientes se utiliza en un lugar distinto para una función esencial diferente.

Nutrientes básicosEditar

Los nutrientes básicos se derivan del aire y del agua.

CarbonoEditar

El carbono forma la columna vertebral de la mayoría de las biomoléculas vegetales, incluidas las proteínas, los almidones y la celulosa. El carbono se fija a través de la fotosíntesis; ésta convierte el dióxido de carbono del aire en hidratos de carbono que se utilizan para almacenar y transportar energía dentro de la planta.

HidrógenoEditar

El hidrógeno es necesario para construir los azúcares y construir la planta. Se obtiene casi en su totalidad del agua. Los iones de hidrógeno son imprescindibles para que un gradiente de protones ayude a impulsar la cadena de transporte de electrones en la fotosíntesis y para la respiración.

OxígenoEditar

El oxígeno es un componente de muchas moléculas orgánicas e inorgánicas dentro de la planta, y se adquiere de muchas formas. Estas incluyen: O2 y CO2 (principalmente del aire a través de las hojas) y H2O, NO-
3, H2PO-
4 y SO2-
4 (principalmente del agua del suelo a través de las raíces). Las plantas producen gas oxígeno (O2) junto con la glucosa durante la fotosíntesis, pero luego necesitan O2 para someterse a la respiración celular aeróbica y descomponer esta glucosa para producir ATP.

Macronutrientes (primarios)Editar

NitrógenoEditar

El nitrógeno es un componente principal de varias de las sustancias vegetales más importantes. Por ejemplo, los compuestos de nitrógeno comprenden entre el 40% y el 50% de la materia seca del protoplasma, y es un constituyente de los aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. También es un componente esencial de la clorofila. En muchos entornos agrícolas, el nitrógeno es el nutriente limitante para el crecimiento rápido.

FósforoEditar

Al igual que el nitrógeno, el fósforo participa en muchos procesos vitales de las plantas. Dentro de una planta, está presente principalmente como componente estructural de los ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), así como constituyente de los fosfolípidos grasos, que son importantes en el desarrollo y la función de las membranas. Está presente tanto en forma orgánica como inorgánica, y ambas se translocan fácilmente dentro de la planta. Todas las transferencias de energía en la célula dependen críticamente del fósforo. Como en todos los seres vivos, el fósforo forma parte del trifosfato de adenosina (ATP), que es de uso inmediato en todos los procesos que requieren energía con las células. El fósforo también puede utilizarse para modificar la actividad de varias enzimas mediante la fosforilación, y se utiliza para la señalización celular. El fósforo se concentra en los puntos de crecimiento más activo de una planta y se almacena dentro de las semillas en previsión de su germinación.

PotasioEditar

A diferencia de otros elementos principales, el potasio no entra en la composición de ninguno de los constituyentes vegetales importantes que intervienen en el metabolismo, pero se encuentra en todas las partes de las plantas en cantidades sustanciales. Es esencial para la actividad de las enzimas, incluidas las que participan en el metabolismo primario. Desempeña un papel en la regulación de la turgencia, afectando al funcionamiento de los estomas y al crecimiento del volumen celular.

Parece ser de especial importancia en las hojas y en los puntos de crecimiento. El potasio destaca entre los elementos nutritivos por su movilidad y solubilidad dentro de los tejidos vegetales.

Los procesos en los que interviene el potasio incluyen la formación de carbohidratos y proteínas, la regulación de la humedad interna de la planta, como catalizador y agente condensador de sustancias complejas, como acelerador de la acción enzimática y como contribuyente a la fotosíntesis, especialmente en condiciones de baja intensidad lumínica. El potasio regula la apertura y el cierre de los estomas mediante una bomba de iones de potasio. Dado que los estomas son importantes en la regulación del agua, el potasio regula la pérdida de agua de las hojas y aumenta la tolerancia a la sequía. El potasio sirve como activador de las enzimas utilizadas en la fotosíntesis y la respiración. El potasio se utiliza para construir la celulosa y ayuda en la fotosíntesis mediante la formación de un precursor de la clorofila. El ion potasio (K+) es muy móvil y puede ayudar a equilibrar las cargas aniónicas (negativas) dentro de la planta. Se ha encontrado una relación entre la nutrición de potasio y la resistencia al frío en varias especies de árboles, incluidas dos especies de abetos. El potasio contribuye a la coloración y la forma de los frutos y también aumenta su brix. De ahí que se produzcan frutos de calidad en suelos ricos en potasio.

Las investigaciones han relacionado el transporte de K+ con la homeostasis de la auxina, la señalización celular, la expansión celular, el tráfico de membranas y el transporte por el floema.

Macronutrientes (secundarios y terciarios)Editar

AzufreEditar

El azufre es un componente estructural de algunos aminoácidos (incluyendo la cisteína y la metionina) y vitaminas, y es esencial para el crecimiento y la función del cloroplasto; se encuentra en los complejos hierro-azufre de las cadenas de transporte de electrones en la fotosíntesis. Es necesario para la fijación del N2 en las leguminosas y para la conversión del nitrato en aminoácidos y luego en proteínas.

CalcioEditar

El calcio en las plantas se encuentra principalmente en las hojas, con menores concentraciones en las semillas, los frutos y las raíces. Una de sus principales funciones es la de constituir las paredes celulares. Cuando se une a ciertos compuestos ácidos de las pectinas gelatinosas de la lámina media, el calcio forma una sal insoluble. También está íntimamente implicado en los meristemos, y es particularmente importante en el desarrollo de las raíces, con funciones en la división celular, la elongación celular y la desintoxicación de iones de hidrógeno. Otras funciones atribuidas al calcio son: la neutralización de los ácidos orgánicos; la inhibición de algunos iones activados por el potasio; y un papel en la absorción del nitrógeno. Una característica notable de las plantas deficientes en calcio es un sistema radicular defectuoso. Las raíces suelen verse afectadas antes que las partes aéreas. La podredumbre de la flor también es un resultado de la falta de calcio.

El calcio regula el transporte de otros nutrientes a la planta y también participa en la activación de ciertas enzimas vegetales. La carencia de calcio provoca un retraso en el crecimiento. Este nutriente interviene en la fotosíntesis y en la estructura de la planta. Es necesario como catión equilibrador de los aniones en la vacuola y como mensajero intracelular en el citosol.

MagnesioEditar

El papel destacado del magnesio en la nutrición de las plantas es como constituyente de la molécula de clorofila. Como portador, también interviene en numerosas reacciones enzimáticas como eficaz activador, en las que está estrechamente asociado con los compuestos de fósforo que aportan energía.

MicronutrientesEditar

Las plantas son capaces de acumular suficientemente la mayoría de los oligoelementos. Algunas plantas son indicadores sensibles del ambiente químico en el que crecen (Dunn 1991), y algunas plantas tienen mecanismos de barrera que excluyen o limitan la captación de un elemento o especie iónica en particular, por ejemplo, las ramitas de aliso comúnmente acumulan molibdeno pero no arsénico, mientras que lo contrario ocurre con la corteza de abeto (Dunn 1991). Por lo demás, una planta puede integrar la firma geoquímica de la masa de suelo permeada por su sistema radicular junto con las aguas subterráneas contenidas. El muestreo se ve facilitado por la tendencia de muchos elementos a acumularse en los tejidos de las extremidades de la planta. Algunos micronutrientes pueden aplicarse como recubrimientos de semillas.

HierroEditar

El hierro es necesario para la fotosíntesis y está presente como cofactor enzimático en las plantas. La deficiencia de hierro puede dar lugar a clorosis y necrosis interveinales.El hierro no es una parte estructural de la clorofila, pero es muy esencial para su síntesis. El hierro no es parte estructural de la clorofila, pero es muy esencial para su síntesis. La deficiencia de cobre puede ser responsable de promover una deficiencia de hierro. El molibdeno forma parte de la enzima nitrato reductasa (necesaria para la reducción del nitrato) y de la enzima nitrogenasa (necesaria para la fijación biológica del nitrógeno). La reducción de la productividad como resultado de la deficiencia de molibdeno se asocia generalmente con la actividad reducida de una o más de estas enzimas.

BoroEditar

El boro tiene muchas funciones dentro de una planta: afecta a la floración y fructificación, a la germinación del polen, a la división celular y a la absorción activa de sales. El metabolismo de los aminoácidos y las proteínas, los carbohidratos, el calcio y el agua se ven muy afectados por el boro. Muchas de las funciones enumeradas pueden estar encarnadas por su función de mover los azúcares altamente polares a través de las membranas celulares, reduciendo su polaridad y, por tanto, la energía necesaria para pasar el azúcar. Si el azúcar no puede pasar a las partes de mayor crecimiento con la suficiente rapidez, esas partes mueren.

CobreEditar

El cobre es importante para la fotosíntesis. Los síntomas de la deficiencia de cobre incluyen la clorosis. Interviene en muchos procesos enzimáticos; es necesario para una correcta fotosíntesis; interviene en la fabricación de lignina (paredes celulares) y participa en la producción de grano. También es difícil de encontrar en algunas condiciones del suelo.

ManganesoEditar

El manganeso es necesario para la fotosíntesis, incluyendo la construcción de cloroplastos. La deficiencia de manganeso puede dar lugar a anomalías en la coloración, como manchas decoloradas en el follaje.

SodioEditar

El sodio participa en la regeneración del fosfoenolpiruvato en las plantas CAM y C4. El sodio puede sustituir potencialmente la regulación del potasio en la apertura y cierre estomático.

Esencialidad del sodio:

• Esencial para las plantas C4 más que para las C3
• Sustitución del K por el Na: Las plantas pueden clasificarse en cuatro grupos:

1. Grupo A: una alta proporción de K puede ser sustituida por Na y estimular el crecimiento, lo que no puede conseguirse con la aplicación de K
2. Grupo B-se observan respuestas específicas del crecimiento al Na pero son mucho menos distintas
3. Grupo C-Sólo es posible una sustitución menor y el Na no tiene ningún efecto
4. Grupo D-No se produce ninguna sustitución

• Estimula el crecimiento-aumenta el área foliar y los estomas. Mejora el balance hídrico
• Funciones del Na en el metabolismo

1. Mabolismo del C4
2. Impedir la conversión de piruvato en fosfoenol-piruvato
3. Reducir la actividad del fotosistema II y los cambios ultraestructurales en el cloroplasto del mesófilo

• Reemplazar las funciones K

1. Interna osmótica
2. Función estomática
3. Fotosíntesis
4. Contrapartida en el transporte a larga distancia
5. Activación de enzimas

• Mejora la calidad de la cosecha e.p. ej. mejora el sabor de las zanahorias al aumentar la sacarosa

ZincEditar

El zinc es necesario en un gran número de enzimas y desempeña un papel esencial en la transcripción del ADN. Un síntoma típico de la deficiencia de zinc es el retraso en el crecimiento de las hojas, conocido comúnmente como «hoja pequeña» y está causado por la degradación oxidativa de la hormona del crecimiento auxina.

NíquelEditar

En las plantas superiores, el níquel es absorbido por las plantas en forma de ion Ni2+. El níquel es esencial para la activación de la ureasa, una enzima implicada en el metabolismo del nitrógeno que es necesaria para procesar la urea. Sin níquel, se acumulan niveles tóxicos de urea, lo que conduce a la formación de lesiones necróticas. En las plantas inferiores, el níquel activa varias enzimas involucradas en una variedad de procesos, y puede sustituir al zinc y al hierro como cofactor en algunas enzimas.

CloroEditar

El cloro, como cloruro compuesto, es necesario para la ósmosis y el equilibrio iónico; también juega un papel en la fotosíntesis.

CobaltoEditar

El cobalto ha demostrado ser beneficioso al menos para algunas plantas, aunque no parece ser esencial para la mayoría de las especies. Sin embargo, se ha demostrado que es esencial para la fijación de nitrógeno por parte de las bacterias fijadoras de nitrógeno asociadas a las legumbres y otras plantas.

SilicioEdit

El silicio no se considera un elemento esencial para el crecimiento y el desarrollo de las plantas. Siempre se encuentra en abundancia en el medio ambiente y por lo tanto si se necesita está disponible. Se encuentra en las estructuras de las plantas y mejora la salud de las mismas.

En las plantas, se ha demostrado en experimentos que el silicio refuerza las paredes celulares y mejora la fuerza, la salud y la productividad de las plantas. Se han realizado estudios que demuestran que el silicio mejora la resistencia a la sequía y a las heladas, disminuye el potencial de encamado y potencia los sistemas naturales de lucha contra plagas y enfermedades de la planta. También se ha demostrado que el silicio mejora el vigor y la fisiología de las plantas al aumentar la masa y la densidad de las raíces, así como la biomasa de la planta por encima del suelo y el rendimiento de los cultivos. Actualmente, la Asociación de Funcionarios Americanos de Control de Alimentos para Plantas (AAPFCO) está estudiando la posibilidad de elevar el silicio a la categoría de «sustancia beneficiosa para las plantas».

VanadioEditar

El vanadio puede ser necesario para algunas plantas, pero en concentraciones muy bajas. También puede sustituir al molibdeno.

SelenioEditar

El selenio probablemente no es esencial para las plantas con flores, pero puede ser beneficioso; puede estimular el crecimiento de las plantas, mejorar la tolerancia al estrés oxidativo y aumentar la resistencia a los patógenos y a la herbivoría.