Nutrición vegetal: macronutrientes, micronutrientes, deficiencias
La nutrición vegetal es el conjunto de procesos químicos por los que las plantas extraen nutrientes del suelo que sirven de soporte para el crecimiento y el desarrollo de sus órganos. También hace especial referencia a los tipos de nutrientes minerales que las plantas requieren y a los síntomas de sus deficiencias.
El estudio de la nutrición vegetal es particularmente importante para aquellos que se encargan del cuidado y mantenimiento de cultivos de interés agrícola, ya que está directamente relacionado con las medidas de rendimiento y producción.
Ya que el cultivo prolongado de vegetales causa la erosión y el empobrecimiento mineral de los suelos, los grandes avances en la industria agraria se relacionan con el desarrollo de fertilizantes, cuya composición está cuidadosamente diseñada de acuerdo a los requerimientos nutricionales de los cultivares de interés.
El diseño de dichos fertilizantes requiere, sin lugar a dudas, de un vasto conocimiento de la fisiología y de la nutrición vegetal, puesto que como en todo sistema biológico, existen límites superiores e inferiores en los cuales las plantas no pueden funcionar correctamente, sea por carencia o por exceso de algún elemento.
Índice del artículo
- 1 ¿Cómo se nutren las plantas?
- 2 Macronutrientes
- 3 Micronutrientes
- 4 Diagnóstico de deficiencias
- 5 Referencias
Las raíces juegan un papel fundamental en la nutrición vegetal. Los nutrientes minerales son tomados desde la “solución del suelo”, y son transportados bien sea por vía simplástica (intracelular) o apoplástica (extracelular) hacia los haces vasculares. Son cargados en el xilema y transportados hacia el vástago, donde cumplen diversas funciones biológicas.
La toma de los nutrientes desde el suelo a través del simplasto en las raíces y su transporte posterior hacia el xilema por la vía apoplástica son procesos diferentes, mediados por distintos factores.
Se piensa que el ciclado de nutrientes regula la toma de iones hacia el xilema, mientras que el influjo hacia el simplasto de la raíz puede depender de la temperatura o la concentración externa de los iones.
El transporte de los solutos hacia el xilema ocurre generalmente por difusión pasiva o transporte pasivo de iones por canales iónicos, gracias a la fuerza generada por las bombas de protones (ATPasas) expresadas en las células paratraqueales del parénquima.
Por otra parte, el transporte hacia el apoplasto está impulsado por diferencias en presiones hidrostáticas provenientes de las hojas que transpiran.
Muchas plantas se sirven de relaciones mutualistas para nutrirse, bien sea para absorber otras formas iónicas de un mineral (como las bacterias fijadoras de nitrógeno), para mejorar la capacidad de absorción de sus raíces u obtener mayor disponibilidad de ciertos elementos (como las micorrizas).
Las plantas presentan necesidades diferentes para cada nutriente, dado que no todos son empleados en la misma proporción ni para los mismos propósitos.
Un elemento esencial es aquel que forma parte constituyente de la estructura o el metabolismo de una planta, y cuya ausencia causa severas anormalidades en el crecimiento, desarrollo o reproducción de la misma.
En general, todos los elementos funcionan en la estructura, el metabolismo y la osmorregulación celular. La clasificación de macro- y micronutrientes tiene que ver con la abundancia relativa de estos elementos en los tejidos vegetales.
Entre los macronutrientes están el nitrógeno (N), el potasio (K), el calcio (Ca), el magnesio (Mg), el fósforo (P), el azufre (S) y el silicio (Si). A pesar de que los elementos esenciales participan en muchos eventos celulares distintos, pueden señalarse algunas funciones específicas:
Este es el elemento mineral que las plantas requieren en mayores cantidades y es usualmente un elemento limitante en muchos suelos, por lo que los fertilizantes generalmente poseen nitrógeno en su composición. El nitrógeno es un elemento móvil y es parte esencial de la pared celular, aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos.
A pesar de que el contenido de nitrógeno atmosférico es muy alto, solo las plantas de la familia Fabaceae son capaces de emplear el nitrógeno molecular como fuente principal de nitrógeno. Las formas asimilables por el resto son los nitratos.
Este mineral se consigue en las plantas en su forma catiónica monovalente (K+) y participa en la regulación del potencial osmótico de las células, así como activador de enzimas implicadas en la respiración y la fotosíntesis.
Se encuentra generalmente como iones divalentes (Ca2+) y es primordial para la síntesis de la pared celular, en especial la formación de la laminilla media que separa las células durante la división. También participa en la formación del huso mitótico y se requiere para el funcionamiento de las membranas celulares.
Tiene importante participación como mensajero secundario de varias vías de respuesta vegetal tanto por señales hormonales como medioambientales.
Puede unirse a la calmodulina y el complejo regula enzimas como quinasas, fosfatasas, proteínas del citoesqueleto, señalizadoras, entre otras.
El magnesio está involucrado en la activación de muchas enzimas en la fotosíntesis, respiración y síntesis de ADN y ARN. Además, es parte estructural de la molécula de clorofila.
Los fosfatos son particularmente importantes para la formación de los intermediarios azúcar-fosfato de la respiración y fotosíntesis, además de que son parte de los grupos polares de las cabezas de los fosfolípidos. El ATP y nucleótidos relacionados poseen fósforo, así como la estructura de los ácidos nucleicos.
Las cadenas laterales de los aminoácidos cisteína y metionina contienen azufre. Este mineral es también constituyente importante de muchas coenzimas y vitaminas como por ejemplo la coenzima A, la S-adenosilmetionina, la biotina, la vitamina B1 y el ácido pantoténico, fundamental para el metabolismo vegetal.
A pesar de que solo se ha demostrado un requerimiento particular de este mineral en la familia Equisetaceae, existe evidencia de que la acumulación de este mineral en los tejidos de algunas especies contribuye al crecimiento, la fertilidad y la resistencia al estrés.
Los micronutrientes son el cloro (Cl), el hierro (Fe), el boro (B), el manganeso (Mn), el sodio (Na), el zinc (Zn), el cobre (Cu), el níquel (Ni) y el molibdeno (Mo). Tal y como los macronutrientes, los micronutrientes tienen funciones esenciales en el metabolismo vegetal, a saber:
El cloro se encuentra en las plantas como la forma aniónica (Cl-). Es necesario para la reacción de fotólisis del agua que tiene lugar durante la respiración; participa en los procesos fotosintéticos y en la síntesis de ADN y ARN. También es componente estructural del anillo de la molécula de clorofila.
El hierro es un cofactor importante para gran variedad de enzimas. Su papel fundamental implica el transporte de electrones en reacciones de óxido reducción, ya que puede ser fácilmente oxidado reversiblemente de Fe2+ a Fe3+.
Su papel primordial es quizá como parte de los citocromos, vitales para el transporte de la energía lumínica en las reacciones fotosintéticas.
Su función exacta no ha sido puntualizada, no obstante la evidencia sugiere que tiene importancia en la elongación celular, la síntesis de ácidos nucleicos, en respuestas hormonales, funciones de membrana y en la regulación del ciclo celular.
El manganeso se encuentra como catión divalente (Mg2+). Participa de la activación de muchas enzimas en las células vegetales, en particular de descarboxilasas y deshidrogenasas implicadas en el ciclo de ácidos tricarboxílicos o ciclo de Krebs. Su función más conocida es en la producción de oxígeno a partir del agua durante la fotosíntesis.
Este ion es requerido por muchas plantas con metabolismo C4 y ácido crasuláceo (CAM) para la fijación del carbono. Es importante también para la regeneración del fosfoenolpiruvato, el sustrato de la primera carboxilación en las rutas anteriormente mencionadas.
Gran cantidad de enzimas requieren zinc para su funcionamiento, además algunas plantas lo necesitan para la biosíntesis de clorofila. Enzimas del metabolismo del nitrógeno, de transferencia de energía y de las rutas biosintéticas de otras proteínas necesitan zinc para su funcionamiento. Es, además, parte estructural de muchos factores de transcripción importantes desde el punto de vista genético.
El cobre se asocia con muchas enzimas que participan en reacciones de óxido-reducción, puesto que este puede ser reversiblemente oxidado desde Cu+ hasta Cu2+. Un ejemplo de estas enzimas es la plastocianina que se encarga de la transferencia de electrones durante las reacciones lumínicas de la fotosíntesis
Las plantas no tienen un requerimiento específico por este mineral, no obstante, muchas de los microorganismos fijadores de nitrógeno que mantienen relaciones simbióticas con las plantas necesitan del níquel para las enzimas que procesan moléculas de hidrógeno gaseosos durante la fijación.
La nitrato reductasa y la nitrogenasa son de las muchas enzimas que requieren molibdeno para su funcionamiento. La nitrato reductasa se encarga de la catálisis de la reducción del nitrato a nitrito durante la asimilación del nitrógeno en las plantas, y la nitrogenasa convierte el nitrógeno gaseoso en amonio en los microorganismos fijadores de nitrógeno.
Las alteraciones nutricionales en los vegetales pueden ser diagnosticados de varias formas, entre ellas el análisis foliar es uno de los métodos más efectivos.
La clorosis o amarillamiento, la aparición de manchas necróticas de colores oscuros y sus patrones de distribución, así como la presencia de pigmentos como las antocianinas, son parte de los elementos a considerar durante el diagnóstico de las deficiencias.
Es importante considerar la movilidad relativa de cada elemento, puesto que no todos son transportados con la misma regularidad. Así, la deficiencia de elementos como el K, N, P y Mg puede observarse en las hojas adultas, ya que estos elementos son translocados hacia los tejidos en formación.
Por el contrario, las hojas jóvenes presentarán las deficiencias para elementos como el B, Fe y Ca, que son relativamente inmóviles en la mayor parte de las plantas.
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