Fisiología Vegetal - Nutrición Mineral

1. 1
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA
FACULTAD DE AGRONOMIA
FISIOLOGIA VEGETAL
NUTRICIÓN MINERAL
ING. J. J. CHAVEZ M.
NUTRICIÓN MINERAL DE LAS PLANTAS
• El estudio amerita conocer su composición
química, cuyo objetivo se puede alcanzar
utilizando los dos métodos siguiente:
1. Del análisis elemental: Determina la
naturaleza y las proporciones en que se
encuentran los elementos en los tejidos
vegetales.
2. Análisis inmediato: Que trata de reconocer la
naturaleza de los compuestos orgánicos que
existen en las diversas partes de la planta

2. 2
HISTORIA
• Al principio se pensaba que todos los elementos provenían del H2O.
• Años más tarde Woodward demostró que las conclusiones eran erróneas y
que se tomaban del CO2.
• Hales se dio cuenta de que la atmósfera contribuía al crecimiento de las
plantas.
• De Saussure descubrió ciertos elementos químicos esenciales para las plantas
y que éstas pueden seleccionar lo que necesitan y lo que no.
• Sach concluyó que las plantas podían crecer sin suelo, solo con agua con
elementos minerales disueltos les era suficiente.
• Knop fue el primero que diseño soluciones nutritivas para plantas con distintas
concentraciones de cada componente.
• Y en 1865 publicó los resultados de un solución nutritiva, que sirvió de base
para posteriores investigadores, quienes pusieron más énfasis en mejorar la
Presión osmótica de la solución, el balance de los elementos, pero
manteniendo su composición simple.
Solución nutritiva de Knop
COMPUESTO g/litro
KNO3 0.2
Ca(NO3)2 0.8
KH2PO4 0.2
MgSO47H2O 0.2
FePO4 0.1

3. 3
Arnon y Hoagland (1940), propusieron una solución nutritiva que ha sido
ampliamente aceptada, ya que basaron su composición elemental en las
proporciones absorbidas por plantas de tomate, incluyendo también
micronutrientes.
Fórmula de la solución nutritiva de Hoagland

4. 4
Silicio (Si) 0,1
Níquel (Ni) 0,0003
Sodio (Na) 0,001

5. 5
CRITERIOS DE ESENCIALIDAD
• Para que un nutriente sea considerado esencial, debe demostrarse que
la planta no crece normalmente ni completa su ciclo vital, a menos que
se le suministre dicho elemento.
• Amon y Stout (1939), establecieron tres criterios de esencialidad:
1. Es esencial si la deficiencia del elemento impide que la planta complete
su ciclo vital.
2. Es esencial, cuando este no se puede reemplazar por otro elemento
con propiedades similares.
3. El elemento debe participar directamente en el metabolismo de la planta
y su beneficio no debe estar relacionado solamente al hecho de mejorar
las características del suelo, mejorando el crecimiento de la microflora o
algún efecto parecido.
ELEMENTOS ESENCIALES
Según los criterios de esencialidad: existen
16 elementos esenciales, de los cuales
tres (C, H, O) son obtenidos de la
atmósfera y 13 del suelo: C, H, O, N, P, S,
K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B y Cl.
El Na, Si, Co, Al por lo general no son
considerados como esenciales

6. 6

7. 7
LEY DEL MÍNIMO
La deficiencia de un factor limita el efecto del resto
CONDICIONES DEL SUELO Y CONTENIDO DE NUTRIENTES
2.2 NUTRIENTES NECESARIOS PARA LAS PLANTAS
Ni
H
O2 C
Si
CO2CO2
H2OH2O
NO3
-
Na

8. 8
Carbono (C) – Oxígeno (O) – Hidrógeno (H)
+ de 95% PS
H2O y CO2
Nitrógeno (N) – Fósforo (P) – Potasio (K)
MACRONUTRIENTES
(Demanda – agotamiento)
Calcio (Ca) – Magnesio (Mg) – Azufre (S) MESONUTRIENTES
(Desbalances – pH - Na)
Boro (B), Cloro (Cl), Cobre (Cu), Hierro (Fe),
Manganeso (Mn), Molibdeno (Mo), Niquel (Ni)
Zinc (Zn)
MICRONUTRIENTES
Esenciales pero con bajos
requerimientos
( ? )
Aluminio (Al), Cobalto (Co), Selenio (Se),
Silicio (Si), Sodio (Na), Vanadio (Va)
Elementos benéficos
??
FORMA EN QUE SON ABSORBIDOS LOS NUTRIENTES
Macronutrientes Símbolo Forma absorbida
Primarios
N
P
K
NO3
-, NH4
+
HPO4
=, H2PO4
-
K+
Secundarios
Ca
Mg
S
Ca++
Mg++
SO4
=
Micronutrientes
Mn
Fe
Cu
Zn
B
Mo
Cl
Mn++
Fe++, Fe+++
Cu++
Zn++
BO3
-
MoO4
-
Cl-

9. 9
Cl
-
Cl
-
K
+
K
+Ca
++
Ca
++
H
+ Mg
++
K
+
Cl
-
K
+
K
+
Mg
++Ca
++ Cl
-
H
+
Fertilizante
Complejo coloidal Solución del suelo
Tomado por la planta
H
+
K
+
K
+
K
+
H
+
H+
Mg
++
NH
4
+
Complejo coloidal
H
+
H
+
Cl
-
Ca
++
FACTORES QUE AFECTAN LA DISPONIBILIDAD DE
MICRONUTRIENTES Y NUTRIENTES SECUNDARIOS
S Ca Mg Mn Fe B Cu Zn Mo
x x x x x Nitrógeno alto
x x x x x Fósforo alto
x Potacio alto
x Potásio bajo
x Calcio bajo
x x x Calcio alto
x Magnesio alto
x x x Manganeso alto
x x Hierro alto
x x x Cobre alto
x Zinc bajo
x x x Zinc alto
x x x x pH bajo
x x x x x x x pH alto
x Azufre alto
x x x Sodio alto
x Bicarbonatos altos
x Desequilibrio de Fe, Cu, Mn
x x x x Matéria orgánica baja
x x x Matéria orgánica alta
x x x Drenaje pobre
x x Seca
x x x x Suelos frios y húmedos
x x x Suelos con aereación pobre
x x x x Sub-Suelos expuestos
x Fertilización pesada
x x x x Lluvias Pesadas
DEFICIENCIA OBSERVADA
CAUSA DE LA DEFICIENCIA

10. 10
FUNCIONES FISIOLOGICAS DE LOS
NUTRIENTES
MALAVOLTA LOS CLASIFICA EN:
a. Estructurales
b. Constituyentes de enzimas
c. Activadores enzimáticos
MARSCHNER (1999):
a. Constituyentes de materiales orgánicos
b. Absorbidos como aniones o como ácidos orgánicos
c. Tomados en forma iónica y en forma de quelatos de la solución
suelo
SE RESUME:
• Como constituyentes celulares
• Como enzimas o coenzimas
• Como antagónicos en el balance
metabólico
• Como amortiguadores de pH, y
• Como factores osmóticos

11. 11
DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES EN EL SUELO
• Nutriente disponible en el suelo es el que está accesible
para ser absorbida por la raíz.
• Para que los nutrientes sean absorbidos se requiere que
entren en contacto con los pelos radiculares y luego ser
transportados al interior de ella.
Para ello se consideran tres mecanismos:
1. Intercepción radicular: La cantidad de nutrientes que
ingresan por ésta vía es baja para la mayoría de los
nutrientes

12. 12

13. 13
Área de las raíces/área del suelo = 2 x 10-5
H+
ABSORCION DE NUTRIENTES

14. 14
2. Flujo de masa: Cuando los solutos son
transportados por el flujo convectivo del agua del
suelo a las raíces, desde una región húmeda a otra
seca y depende del consumo de agua de la planta
y de la concentración de nutrientes en el agua.
Q = [ n ] V
Q = Cantidad de nutriente que entra en contacto con la raíz.
[n] = Concentración del elemento en la solución suelo.
V = Volumen de agua absorbido por la planta.
3.Difusión: El elemento se desplaza en distancias
cortas, de una zona de mayor a otra de menor
concentración y se fundamenta en la ley de
Fick:
F = -Ddc/dx
F = Tasa de difusión
dc/dx = Gradiente de concentración
D = Coeficiente de difusión
c = Concentración
x = Distancia
Esta vía es típica para el K y P

15. 15
Elemento Formas iónicas
Mecanismos
Flujo de
masa
Intercepción
radicular
Difusión
Nitrógeno
Fósforo
Potasio
Calcio
Magnesio
Azufre
Manganeso
Fierro
Cobre
Zinc
Boro
Molibdeno
Sodio
NO3
-, NH4
+
HPO4
=, H2PO4
-
K+
Ca++
Mg++
SO4
=
Mn++
Fe++, Fe+++
Cu++
Zn++
BO3
-
MoO4
-
Na++
99
5
20
71
87
95
22
66
94
0
71
95
90
1
1
2
29
13
5
43
13
6
5
29
5
10
0
94
78
0
0
0
35
21
0
95
0
0
0

16. 16
MECANISMO DE ABSORCIÓN
1.ABSORCIÓN PASIVA:
Los nutrientes se mueven de una zona de >
(solución suelo) a otra < [ ] (ELA de la célula).
El ELA está formado por la pared celular, los
espacios intercelulares y la superficie externa del
plasmalema.
•La cantidad de nutrientes en el ELA es de 15%
del total absorbido y se realiza por flujo de masa,
difusión, cambio iónico y equilibrio de Donan.
•Este mecanismo es reversible.
2. ABSORCIÓN ACTIVA:
Del ELA el nutriente tiene que atravesar la barrera
lipídica del plasma lema para llegar al citoplasma,
y si tiene que entrar a la vacuola también debe
vencer al tonoplasto. Aquí debe gastar energía,
por que los nutrientes deben desplazarse en
contra de una gradiente de concentración.
Este mecanismo es lento e irreversible.
* Para explicar este mecanismo se han propuesto
dos teorías:

17. 17
1ª Teoría del ión transportador
Presupone la presencia de portadores
iónicos (molécula lipofílica) en las
membranas citoplasmáticas, a las cuales
se adhieren los nutrientes para ser
transportados a través de ella,
difundiéndose fácilmente a través de la
membrana y es activado por ATP,
quedando enlazado al grupo fosfato.
K+
K+
MITOCONDRIA
ATP
FOSFOQUINASA
FOSFATASA
ADP
IT
IT
IT
K+
IT
E
L
A
IT
IT
IT
IT
ATP
ATP
ATP
C
I
T
O
P
L
A
S
M
A

18. 18
2ª TEORÍA DE IMPULSIÓN DE IONES
• Consiste en la expulsión de protones (H+) a través
de la membrana, con gasto de energía, mediante
la acción de la enzima ATPasa ligada a la
superficie de la membrana.
• Con éste proceso se genera un potencial eléctrico
con una carga negativa muy superior en el interior,
permitiendo la entrada de cationes

19. 19
K+
N+
Mg+
Na+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- -
-
-
-
-
+
+
+ +
+ +
+
+
+
+
+
- -
-
-
E
L
A
M.C.
CITOPLASMAATPasa
ATPasa

20. 20
FUNCIONES DE LOS NUTRIENTES
N
Nitrógeno: Participa en la estructura molecular:
Purinas, pirimidinas, Porfirinas, coenzimas.
P
Fósforo: Forma parte de los nucleótidos, compuestos
que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de
coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos,
sustancias fundamentales de las membranas celulares.
También forma parte de los fosfatos, sales minerales
abundantes en los seres vivos.
Mg
Magnesio: Forma parte de la molécula de clorofila, y
en forma iónica actúa como catalizador, junto con las
enzimas , en muchas reacciones químicas del
organismo.

21. 21
FUNCIONES DE LOS NUTRIENTES
Ca
Calcio: Forma parte de los carbonatos y pectatos de calcio
de estructuras esqueléticas de las células (paredes
celulares).
K
Potasio: Catión más abundante en el interior de las
células. Activador enzimático, interviene en la síntesis de
ciertas uniones peptídicas, en los procesos de la
respiración, fotosíntesis, contenido de agua en las hojas y
en la aparición de la clorofila.
S
Azufre: Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y
metionina) , presentes en todas las proteínas. También en
algunas sustancias como el Coenzima A.
Cu
Cobre: Componente de las enzimas fenolasas, lacasa
y oxidasa del ácido ascórbico.
B
Boro: Participa en el transporte de glúcidos, en la
diferenciación y desarrollo celular, en el metabolismo
del N, en la absorción activa de sales, en el
metabolismo hormonal, en las RRHH, en el
metabolismo de lípidos, del fósforo y de la
fotosíntesis
Fe
Hierro: Fundamental para la síntesis de clorofila,
catalizador en reacciones químicas y formando parte
de citocromos que intervienen en la respiración
celular, como componente de diversas flavoproteínas
que intervienen en las oxidaciones biológicas.
FUNCIONES DE LOS NUTRIENTES

22. 22
Mn
Manganeso: Interviene en la fotolisis del agua ,
durante el proceso de fotosíntesis en las plantas;
además en la respiración, en el metabolismo del N y
como activador enzimático.
Mo
Molibdeno: Forma parte de las enzimas vegetales
que actúan en la reducción de los nitratos, en la
fijación del N gaseoso y en el metabolismo del P.
Zn
Zinc: Actúa en la biosíntesis de las Auxinas (AIA),
como activador de muchas enzimas, como el
anhidrasa carbónico.
FUNCIONES DE LOS NUTRIENTES
NUTRIENTES EN PRODUCCIÓN DEL CULTIVO PALMA ACEITERA

23. 23
PROCESOS METABÓLICOS MÁS IMPORTANTES EN LAS
PLANTAS Y LA INTERVENCIÓN DE VARIOS NUTRIENTES
Procesos metabólicos Nutrientes que intervienen
Fotosíntesis P, K, Mg, S, Fe, Cu, Zn, Cl, Mn
Síntesis de carbohidratos P, K, Mg, Mn, Cu, Zn, B
Formación de proteínas N, S, P, K, Mg, Zn, Ca, Fe, Mn, Cu, Ni; B
Sintesis de acidos grasos S, Mn, Mg, Cu
Transferencia de energía K, Ca, P, Mg
Fijación de nitrógeno Mg, Mo, Cu, Fe
Activación de enzimas N, P, K, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Ni; Mo
Asimilación de nutrientes Mg, P, Ca, K
Formación de pared celular Ca, Mg, B, Cu
Extensión celular Ca, Cl, K, Mn
Ajuste osmótico K, Ca, Cl, Mg Rolf Härdter
No móviles
Ca, B y Si
XilemaFloema
Poco móviles
Zn, Fe, Cu, Mn, Na, Mo y S
Móviles
N, K, P , Mg, Cl y S.
Poco móviles
S,B, Ca y Mg
No móviles
P, Zn, Co, Mn y Fe
Móviles
N, K, Cl y Mo
Movilidad de los nutrientes en la planta

24. 24
P:

25. 25

26. 26
SÍNTOMAS POR DEFICIENCIAS: POR N
En plantas con deficiencia de N, las hojas son más pequeñas
En los lotes testigo en donde no se ha aplicado N, las
hojas tienen una coloración verde amarillenta.

27. 27
Diversos estados de la deficiencia de nitrógeno en las
hojas. Obsérvese el efecto progresivo.
DEFICIENCIA POR P2O5
Son pequeñas y erectas en
comparación con las plantas normales.
Reducción de los macollos

28. 28
Efecto de la deficiencia de P en el grosor
de la corteza del fruto.
DEFICIENCIA POR POTASIO
CAÑA DE AZUCAR
PLATANO
El moteado rojo
en la superficie
de la nervadura
central es
característico
de esta
deficiencia
En alfalfa como un "moteado"
hacia los bordes de la hoja

29. 29
EN ARROZ
EN MAIZ
en arroz que inician con un amarillamiento
de los bordes de las hojas.
Cuando la deficiencia de K se acentúa aparecen manchas de
color café en la superficie de las hojas.
Síntomas de deficiencia de K en arroz que inicia con
un amarillamiento de los bordes de las hojas.

30. 30
EN CACAO
En hojas adultas. Obsérvese la clorosis y el secamiento del
ápice y de los bordes hacia la nervadura central.

31. 31
EN CÍTRICOSCorteza arrugada debida
a deficiencia de K.
Frutos pequeños como consecuencia
de la deficiencia de K.
Las plantas a la derecha que recibieron una fertilización con K
resistieron mejor la sequía que las plantas de la izquierda.

32. 32
Las leguminosas presentan clorosis en puntas y
márgenes de las hojas bajeras o viejas
EN AZUFRE
Se presenta como un amarillamiento de las hojas jóvenes, se
reduce el tamaño y el macollamiento de las plantas.

33. 33
La clorosis es más
pronunciada en
las hojas jóvenes,
en donde las
puntas de las
hojas se tornan
necróticas.
EN CACAO
Se presentan en toda la planta la cual muestra una coloración
verde amarillenta pálida, pero sin que exista reducción
marcada en tamaño.

34. 34
POR MAGNESIO
También puede presentarse como una clorosis en la hoja
bandera.
EN CACAO
-Mg
Clorosis intervenal y necrosis de tejidos en los márgenes
de las hojas

35. 35
Deficiencia típica de Mg que aparece como clorosis
intervenal de las hojas viejas y una V invertida de color
verde en la base de la hoja.

36. 36
En la deficiencia de boro las frutas
tienen bolsas de goma en la corteza.

37. 37
POR CALCIO
Inicialmente ocurre una clorosis en el margen de las hojas jóvenes
maduras que luego avanza del borde hacia el interior de la hoja.
- Ca

38. 38
POR COBREFajas cloróticas y
lesiones
necróticas de
color café oscuro
en las puntas de
hojas nuevas son
síntomas de la
deficiencia de Cu
en arroz.
La deficiencia de Cu ocurre generalmente en suelos de
turba y aparece como fajas cloróticas y lesiones necróticas
de color café oscuro en la punta de hojas nuevas.

39. 39
POR FIERRO
EN ARROZ EN SECANO
ARROZ
Aparecen como un amarillamiento intervenal de las
hojas nuevas. En condiciones de severa deficiencia
las plantas no crecen y las hojas son angostas.

40. 40
POR MANGANESO
ARROZclorosis intervenal
en la punta de las
hojas nuevas.

41. 41
Con la deficiencia de Mn las hojas nuevas
toman una coloración verde pálida.
POR ZINC
Causa un crecimiento desigual y lento de la planta.

42. 42
Aparecen
manchas cafés
en la hojas
superiores.
El crecimiento es
severamente afectada

43. 43
La deficiencia de Zn aparece en las hojas nuevas como una
clorosis intervenal, sin embargo, las nervaduras y los tejidos
adyacentes permanecen verdes.

44. 44
POR SILICIO
Hojas caídas en plantas con deficiencia de Si (izquierda),
comparada con plantas normales de arroz (derecha).
La deficiencia
de Si es
caracterizada
por hojas con
machas cafés

45. 45
Síntomas de deficiencia
nutricional

46. 46
Síntomas de deficiencia
J.J. Chávez M.

47. 47

48. 48

49. 49
Fuente: Adaptado de Alloway (2008)
Tipo/propiedades de los suelos Deficiencia de micronutrientes
Suelos arenosos y fuertemente lavados B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Zn
Altas concentraciones de MO (>10%) Cu, Mn, Zn
Alto pH (>7) B, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn
Alto CaCO3 (>15%), suelos calcáreos B, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn
Suelos recientemente encalados B, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn
Alto contenido de sales Cu, Fe, Mn, Zn
Suelos ácidos Cu, Mo, Zn
Gleys Zn
Alto contenido de arcillas Cu, Mn, Zn
Tipos de suelos y propiedades asociadas
con deficiencias de micronutrientes

50. 50
Químico
Nivel A Desde
semillas hasta
aparecer primeras
frutas (g/1000 litros)
Nivel B Desde las
primeras Frutas
hasta la
cosecha(g/1000
litros)
Nutriente
Nivel A
(ppm or
mg/L)
Nivel B
(ppm or mg/L)
Sulfato de Magnesio 500 500 Mg 50 50
Fosfato de potasio (0-22.5-28) 270 270 K 199 199
Nitrato de potasio (13.75-0-
36.9) 200 200 P 62 62
Sulfato de potasio (0-0-43.3) 100 100 N 113 144
Nitrato de Calcio (15.5-0-0) 500 680 Ca 122 165
Hierro quelado 25 25 Fe 2.5 2.5
MACRONUTRIENTES:
Preparación de soluciones de hierro y macronutrientes para el tomate
( tomado de Jensen and Malter, 1995)
Sales fertilizantes de MICRONUTRIENTES que deben ser usadas para el cultivo del tomate
hidropónico (usar 250cc de ésta solución concentrada para la preparación de 1000 litros de
solución nutriente) (tomado de Jensen and Malter, 1995)
Sal Fertilizante
gramos de químico en 450 mL de
solución concentrada
Ácido Bórico 7.50
Cloruro de Manganeso 6.75
Cloruro Cúprico 0.37
Trióxido de Molibdeno 0.15
Sulfato de Zinc 1.18

51. 51

52. 52

53. 53

54. 54