Nutrição vegetal

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Outras informações: Solo § Nutrientes

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Sabe-se que pelo menos 17 elementos são nutrientes essenciais para as plantas. Em quantidades relativamente grandes, o solo fornece nitrogénio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre; estes são muitas vezes chamados de macronutrientes. Em quantidades relativamente pequenas, o solo fornece ferro, manganês, boro, molibdênio, cobre, zinco, cloro e cobalto, os chamados micronutrientes. Os nutrientes devem estar disponíveis não só em quantidades suficientes mas também em proporções adequadas.

A nutrição vegetal é um assunto difícil de compreender completamente, em parte devido à variação entre diferentes plantas e mesmo entre diferentes espécies ou indivíduos de um determinado clone. Elementos presentes em níveis baixos podem causar sintomas de deficiência, e a toxicidade é possível em níveis demasiado altos. Além disso, a deficiência de um elemento pode se apresentar como sintomas de toxicidade de outro elemento, e vice-versa. A abundância de um nutriente pode causar a deficiência de outro nutriente. Por exemplo, a absorção de K+ pode ser influenciada pela quantidade de NH+
4 disponível.

Nitrogênio é abundante na atmosfera da Terra, e várias plantas agrícolas de importância comercial se dedicam à fixação de nitrogênio (conversão de nitrogênio atmosférico para uma forma biologicamente útil). No entanto, as plantas recebem principalmente seu nitrogênio através do solo, onde ele já é convertido na forma biologicamente útil. Isto é importante porque o nitrogênio na atmosfera é muito grande para a planta consumir, e requer muita energia para ser convertido em formas menores. Estas incluem soja, feijão comestível e ervilhas, assim como trevos e alfafa utilizados principalmente para alimentar o gado. Plantas como o milho, trigo, aveia, cevada e arroz, de importância comercial, requerem a presença de compostos nitrogenados no solo em que crescem.

Carbono e oxigênio são absorvidos do ar enquanto outros nutrientes são absorvidos do solo. As plantas verdes normalmente obtêm seu suprimento de carboidratos do dióxido de carbono no ar através do processo de fotossíntese. Cada um destes nutrientes é utilizado num local diferente para uma função essencial diferente.

Nutrientes básicosEditar

Os nutrientes básicos são derivados do ar e água.

CarbonEditar

Carbono forma a espinha dorsal da maioria das biomoléculas vegetais, incluindo proteínas, amidos e celulose. O carbono é fixado através da fotossíntese; isto converte dióxido de carbono do ar em carboidratos que são usados para armazenar e transportar energia dentro da planta.

HydrogenEdit

Hidrogênio é necessário para construir açúcares e construir a planta. É obtido quase inteiramente a partir da água. Os íons hidrogênio são imperativos para um gradiente de prótons para ajudar a impulsionar a cadeia de transporte de elétrons na fotossíntese e para a respiração.

OxygenEdit

O oxigênio é um componente de muitas moléculas orgânicas e inorgânicas dentro da planta, e é adquirido em muitas formas. Estas incluem: O2 e CO2 (principalmente do ar através das folhas) e H2O, NO-
3, H2PO-
4 e SO2-
4 (principalmente da água do solo através das raízes). As plantas produzem oxigénio gasoso (O2) juntamente com glicose durante a fotossíntese, mas necessitam de O2 para se submeterem à respiração celular aeróbica e decomporem esta glicose para produzir ATP.

Macronutrientes (primários)Editar

Outras informações: Inoculante microbiano

NitrogenEdit

Outras informações: Ciclo do azoto

Nitrogénio é um dos principais constituintes de várias das mais importantes substâncias vegetais. Por exemplo, os compostos nitrogenados constituem 40% a 50% da matéria seca do protoplasma, e é um constituinte de aminoácidos, os blocos de construção das proteínas. É também um constituinte essencial da clorofila. Em muitos ambientes agrícolas, o nitrogênio é o nutriente limitador do crescimento rápido.

PhosphorusEdit

Outras informações: Ciclo do fósforo

Como o nitrogénio, o fósforo está envolvido em muitos processos vitais das plantas. Dentro de uma planta, está presente principalmente como um componente estrutural dos ácidos nucléicos: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA), assim como um constituinte de fosfolípidos gordurosos, que são importantes no desenvolvimento e função das membranas. Está presente tanto nas formas orgânicas como inorgânicas, ambas são facilmente translocadas dentro da planta. Todas as transferências de energia na célula são criticamente dependentes do fósforo. Como todos os seres vivos, o fósforo é parte do trifosfato de Adenosina (ATP), que é de uso imediato em todos os processos que requerem energia com as células. O fósforo também pode ser usado para modificar a atividade de várias enzimas pela fosforilação, e é usado para a sinalização celular. O fósforo é concentrado nos pontos mais ativos de crescimento de uma planta e armazenado dentro das sementes em antecipação à sua germinação.

PotássioEdito

Outras informações: Canais de íons de potássio

Não é como outros elementos principais, o potássio não entra na composição de nenhum dos componentes importantes da planta envolvidos no metabolismo, mas ocorre em todas as partes das plantas em quantidades substanciais. É essencial para a acitividade enzimática incluindo enzimas envolvidas no metabolismo primário. Ela desempenha um papel na regulação do turgor, afetando o funcionamento dos estômatos e o crescimento do volume celular.

Parece ser de particular importância nas folhas e nos pontos de crescimento. O potássio é notável entre os elementos nutritivos pela sua mobilidade e solubilidade nos tecidos vegetais.

Processos envolvendo potássio incluem a formação de hidratos de carbono e proteínas, a regulação da humidade interna da planta, como catalisador e agente condensador de substâncias complexas, como acelerador da acção enzimática, e como contribuinte para a fotossíntese, especialmente sob baixa intensidade luminosa. O potássio regula a abertura e o fechamento dos estômatos por uma bomba de íons de potássio. Como os estômatos são importantes na regulação da água, o potássio regula a perda de água das folhas e aumenta a tolerância à seca. O potássio serve como ativador das enzimas utilizadas na fotossíntese e na respiração. O potássio é usado para construir celulose e ajuda na fotossíntese através da formação de um precursor de clorofila. O íon potássio (K+) é altamente móvel e pode ajudar a equilibrar as cargas de ânion (negativas) dentro da planta. Foi encontrada uma relação entre a nutrição do potássio e a resistência ao frio em várias espécies arbóreas, incluindo duas espécies de abeto. O potássio ajuda na coloração dos frutos, na sua forma e também aumenta o seu brix. Assim, frutos de qualidade são produzidos em solos ricos em potássio.

Pesquisa tem ligado o transporte de K+ com a homeostase da auxina, sinalização celular, expansão celular, tráfico de membranas e transporte de floema.

Macronutrientes (secundários e terciários)Editar

EnxofreEdito

O enxofre é um componente estrutural de alguns aminoácidos (incluindo cisteína e metionina) e vitaminas, e é essencial para o crescimento e função dos cloroplastos; é encontrado nos complexos ferro-enxofre das cadeias de transporte de electrões na fotossíntese. É necessário para a fixação de N2 por leguminosas, e a conversão de nitrato em aminoácidos e depois em proteínas.

CálcioEdito

Cálcio nas plantas ocorre principalmente nas folhas, com concentrações mais baixas em sementes, frutos e raízes. Uma função importante é como constituinte das paredes celulares. Quando associado a certos compostos ácidos das pectinas gelatinosas da lamela média, o cálcio forma um sal insolúvel. Também está intimamente envolvido em meristemas, e é particularmente importante no desenvolvimento radicular, com papéis na divisão celular, alongamento celular e desintoxicação de íons hidrogênio. Outras funções atribuídas ao cálcio são; a neutralização dos ácidos orgânicos; a inibição de alguns íons ativados pelo potássio; e um papel na absorção de nitrogênio. Uma característica notável das plantas com deficiência de cálcio é um sistema radicular defeituoso. As raízes são geralmente afectadas antes das partes acima do solo. A podridão da flor é também um resultado de cálcio inadequado.

Cálcio regula o transporte de outros nutrientes para a planta e também está envolvido na activação de certas enzimas vegetais. A deficiência de cálcio resulta em retardamento do crescimento. Este nutriente está envolvido na fotossíntese e na estrutura da planta. É necessário como catião de equilíbrio para os ânions no vacúolo e como mensageiro intracelular no citosol.

Edito de magnésio

Artigo principal: Magnésio em sistemas biológicos

O papel notável do magnésio na nutrição das plantas é como constituinte da molécula de clorofila. Como portador, também está envolvido em numerosas reacções enzimáticas como um activador eficaz, no qual está intimamente associado a compostos de fósforo que fornecem energia.

Micro-nutrientesEditar

As plantas são capazes de acumular a maioria dos oligoelementos. Algumas plantas são indicadores sensíveis do ambiente químico em que crescem (Dunn 1991), e algumas plantas têm mecanismos de barreira que excluem ou limitam a absorção de um elemento ou espécie de íon em particular, por exemplo, galhos de amieiro normalmente acumulam molibdénio mas não arsénico, enquanto que o inverso é verdadeiro para a casca do abeto (Dunn 1991). Caso contrário, uma planta pode integrar a assinatura geoquímica da massa do solo permeada pelo seu sistema radicular juntamente com as águas subterrâneas contidas. A amostragem é facilitada pela tendência de muitos elementos a se acumularem nos tecidos nas extremidades da planta. Alguns micronutrientes podem ser aplicados como revestimentos de sementes.

IronEdit

Iron é necessário para a fotossíntese e está presente como um co-factor enzimático nas plantas. A deficiência de ferro pode resultar em clorose e necrose interveinal. O ferro não é uma parte estrutural da clorofila, mas muito essencial para a sua síntese. A deficiência de cobre pode ser responsável por promover uma deficiência de ferro, ajudando no transporte eletrônico da planta.

MolibdênioEdito

Molibdênio é um co-fator para enzimas importantes na construção de aminoácidos e está envolvido no metabolismo do nitrogênio. O molibdénio é parte da enzima nitrato redutase (necessária para a redução do nitrato) e da enzima nitrogenase (necessária para a fixação biológica do nitrogénio). A redução da produtividade como resultado da deficiência de molibdénio está normalmente associada à redução da actividade de uma ou mais destas enzimas.

BoronEdit

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Boron tem muitas funções dentro de uma planta: afecta a floração e a frutificação, a germinação do pólen, a divisão celular e a absorção activa do sal. O metabolismo de aminoácidos e proteínas, carboidratos, cálcio e água são fortemente afectados pelo boro. Muitas das funções listadas podem ser incorporadas pela sua função de mover os açúcares altamente polares através das membranas celulares, reduzindo a sua polaridade e, portanto, a energia necessária para passar o açúcar. Se o açúcar não consegue passar para as partes de crescimento mais rápido o suficiente, essas partes morrem.

CopperEdit

Cobre é importante para a fotossíntese. Os sintomas de deficiência de cobre incluem a clorose. Está envolvido em muitos processos enzimáticos; necessário para a fotossíntese adequada; envolvido na fabricação de lignina (paredes celulares) e envolvido na produção de grãos. Também é difícil de encontrar em algumas condições do solo.

ManganêsEdit

Manganês é necessário para a fotossíntese, incluindo a construção de cloroplastos. A deficiência de manganês pode resultar em anormalidades de coloração, como manchas descoloridas na folhagem.

SodiumEdit

Sodium is involved in the regeneration of phosphoenolpyruvate in CAM and C4 plants. O sódio pode potencialmente substituir a regulação do potássio na abertura e fechamento do estômago.

Essencialidade do sódio:

  • Essencial para plantas C4 em vez de C3
  • Substituição de K por Na: As plantas podem ser classificadas em quatro grupos:
  1. Grupo A – uma proporção elevada de K pode ser substituída por Na e estimular o crescimento, que não pode ser alcançado pela aplicação de K
  2. Respostas de crescimento específicas do grupo B ao Na são observadas, mas são muito menos distintas
  3. Grupo C – Somente substituição menor é possível e Na não tem efeito
  4. Grupo D – Nenhuma substituição ocorre
  • Estimular o crescimento – aumentar a área foliar e estômatos. Melhora o balanço hídrico
  • Na funções no metabolismo
  1. Metbolismo C4
  2. Iparar a conversão do piruvato em fosfenol-pyruvate
  3. Reduzir a atividade do fotosistema II e as mudanças ultraestruturais no cloroplasto mesofílico
  • Substituir as funções K
  1. Internais osmoticum
  2. Função estomatal
  3. Fotossíntese
  4. Contração no transporte de longa distância
  5. Ativação enzimática
  • Melhora a qualidade do cultivo e.g. melhora o sabor da cenoura aumentando a sacarose

ZincoEditar

O zinco é necessário num grande número de enzimas e desempenha um papel essencial na transcrição do ADN. Um sintoma típico da deficiência de zinco é o crescimento retardado das folhas, comumente conhecido como “folha pequena” e é causado pela degradação oxidativa da hormona de crescimento auxina.

NickelEdit

Em plantas mais altas, o níquel é absorvido pelas plantas sob a forma de íon Ni2+. O níquel é essencial para a ativação da urease, uma enzima envolvida com o metabolismo do nitrogênio que é necessário para processar a uréia. Sem o níquel, os níveis tóxicos de uréia se acumulam, levando à formação de lesões necróticas. Em plantas inferiores, o níquel ativa diversas enzimas envolvidas em diversos processos, podendo substituir o zinco e o ferro como co-fator em algumas enzimas.

CloroEdito

Cloro, como cloreto composto, é necessário para osmose e equilíbrio iônico; também desempenha um papel na fotossíntese.

CobaltoEdit

Cobalto tem provado ser benéfico para pelo menos algumas plantas embora não pareça ser essencial para a maioria das espécies. No entanto, demonstrou ser essencial para a fixação de azoto pelas bactérias fixadoras de azoto associadas às leguminosas e outras plantas.

SiliconEdit

O silício não é considerado um elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Ele é sempre encontrado em abundância no ambiente e, portanto, se necessário, está disponível. É encontrado nas estruturas das plantas e melhora a saúde das plantas.

Nas plantas, o silício tem sido mostrado em experimentos para fortalecer as paredes celulares, melhorar a força, a saúde e a produtividade das plantas. Houve estudos mostrando evidências de silício melhorando a resistência à seca e à geada, diminuindo o potencial de alojamento e aumentando os sistemas naturais de combate a pragas e doenças da planta. Também foi demonstrado que o silício melhora o vigor e a fisiologia das plantas, melhorando a massa e densidade das raízes e aumentando a biomassa vegetal acima do solo e o rendimento das culturas. O silício está actualmente a ser considerado pela Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO) para elevação ao estatuto de “substância benéfica para a planta”.

VanadiumEdit

Vanadium pode ser necessário para algumas plantas, mas em concentrações muito baixas. Também pode estar substituindo o molibdênio.

SelênioEdit

Selenium não é provavelmente essencial para plantas com flor, mas pode ser benéfico; pode estimular o crescimento das plantas, melhorar a tolerância ao stress oxidativo, e aumentar a resistência a patógenos e herbívoros.

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