NUTRICIÓ VEGETAL: MACRONUTRIENTS, MICRONUTRIENTS, DEFICIÈNCIES - BIOLOGIA - 2025

La nutrició vegetal és el conjunt de processos químics pels quals les plantes extreuen nutrients de terra que serveixen de suport per al creixement i el desenvolupament dels seus òrgans. També fa especial referència als tipus de nutrients minerals que les plantes requereixen i als símptomes de les seves deficiències.

L'estudi de la nutrició vegetal és particularment important per a aquells que s'encarreguen de la cura i manteniment de cultius d'interès agrícola, ja que està directament relacionat amb les mesures de rendiment i producció.

Camp sembrat de blat de moro (Font: pixabay.com/)

Ja que el cultiu prolongat de vegetals causa l'erosió i l'empobriment mineral dels sòls, els grans avenços en la indústria agrària es relacionen amb el desenvolupament de fertilitzants, la composició està curosament dissenyada d'acord amb els requeriments nutricionals dels conreessis d'interès.

El disseny d'aquests fertilitzants requereix, sense cap dubte, d'un vast coneixement de la fisiologia i de la nutrició vegetal, ja que com en tot sistema biològic, hi ha límits superiors i inferiors en els quals les plantes no poden funcionar, sigui per carència o per excés d'algun element.

Com es nodreixen les plantes?

Les arrels juguen un paper fonamental en la nutrició vegetal. Els nutrients minerals són presos des de la "solució de terra", i són transportats bé sigui per via simplástica (intracel·lular) o apoplástica (extracel·lular) cap als feixos vasculars. Són carregats en el xilema i transportats cap a la tija, on compleixen diverses funcions biològiques.

Arrel de xicoira

La presa dels nutrients des del sòl a través de l'simplasto a les arrels i el seu transport posterior cap al xilema per la via apoplástica són processos diferents, intervinguts per diferents factors.

Es pensa que el ciclat de nutrients regula la presa de ions cap al xilema, mentre que l'influx cap al simplasto de l'arrel pot dependre de la temperatura o la concentració externa dels ions.

El transport dels soluts cap al xilema passa generalment per difusió passiva o transport passiu d'ions per canals iònics, gràcies a la força generada per les bombes de protons (ATPases) expressades en les cèl·lules paratraqueales de l'parènquima.

D'altra banda, el transport cap al apoplasto està impulsat per diferències en pressions hidrostàtiques provinents de les fulles que transpiren.

Moltes plantes es serveixen de relacions mutualistes per nodrir-se, bé sigui per absorbir altres formes iòniques d'un mineral (com els bacteris fixadors de nitrogen), per millorar la capacitat d'absorció de les seves arrels o obtenir major disponibilitat de certs elements (com les micorizes).

elements essencials

Les plantes presenten necessitats diferents per a cada nutrient, atès que no tots són emprats en la mateixa proporció ni per als mateixos propòsits.

Un element essencial és aquell que forma part constituent de l'estructura o el metabolisme d'una planta, i l'absència causa severes anormalitats en el creixement, desenvolupament o reproducció de la mateixa.

En general, tots els elements funcionen en l'estructura, el metabolisme i la osmoregulació cel·lular. La classificació de macro- i micronutrients té a veure amb l'abundància relativa d'aquests elements en els teixits vegetals.

macronutrients

Entre els macronutrients hi ha el nitrogen (N), el potassi (K), el calci (Ca), el magnesi (Mg), el fòsfor (P), el sofre (S) i el silici (Si). Tot i que els elements essencials participen en molts esdeveniments cel·lulars diferents, poden assenyalar algunes funcions específiques:

nitrogen

Aquest és l'element mineral que les plantes requereixen en majors quantitats i és usualment un element limitant en molts sòls, de manera que els fertilitzants generalment posseeixen nitrogen en la composició. El nitrogen és un element mòbil i és part essencial de la paret cel·lular, aminoàcids, proteïnes i àcids nucleics.

Tot i que el contingut de nitrogen atmosfèric és molt alt, només les plantes de la família Fabaceae són capaços d'emprar el nitrogen molecular com a font principal de nitrogen. Les formes assimilables per la resta són els nitrats.

potassi

Aquest mineral s'aconsegueix en les plantes en la seva forma catiònica monovalent (K +) i participa en la regulació de l'potencial osmòtic de les cèl·lules, així com activador d'enzims implicats en la respiració i la fotosíntesi.

calci

Es troba generalment com ions divalents (Ca2 +) i és primordial per a la síntesi de la paret cel·lular, especialment la formació de la làmina mitjana que separa les cèl·lules durant la divisió. També participa en la formació de l'fus mitòtic i es requereix per al funcionament de les membranes cel·lulars.

Té important participació com a missatger secundari de diverses vies de resposta vegetal tant per senyals hormonals com mediambientals.

Pot unir-se a la calmodulina i el complex regula enzims com quinases, fosfatases, proteïnes de l'citoesquelet, senyalitzadores, entre d'altres.

magnesi

El magnesi està involucrat en l'activació de molts enzims en la fotosíntesi, respiració i síntesi d'ADN i ARN. A més, és part estructural de la molècula de clorofil·la.

fòsfor

Els fosfats són particularment importants per a la formació dels intermediaris sucre-fosfat de la respiració i fotosíntesi, a més que són part dels grups polars dels caps dels fosfolípids. L'ATP i nucleòtids relacionats posseeixen fòsfor, així com l'estructura dels àcids nucleics.

sofre

Les cadenes laterals dels aminoàcids cisteïna i metionina contenen sofre. Aquest mineral és també constituent important de moltes coenzims i vitamines com ara la coenzima A, la S-adenosilmetionina, la biotina, la vitamina B1 i l'àcid pantotènic, fonamental per al metabolisme vegetal.

silici

Tot i que només s'ha demostrat un requeriment particular d'aquest mineral a la família Equisetaceae, hi ha evidència que l'acumulació d'aquest mineral en els teixits d'algunes espècies contribueix a el creixement, la fertilitat i la resistència a l'estrès.

Plàntula (Font: pixabay.com/)

micronutrients

Els micronutrients són el clor (Cl), el ferro (Fe), el bor (B), el manganès (Mn), el sodi (Na), el zinc (Zn), el coure (Cu), el níquel (Ni) i el molibdè (Mo). Tal com els macronutrients, els micronutrients tenen funcions essencials en el metabolisme vegetal, que són:

clor

El clor es troba en les plantes com la forma aniònica (Cl-). És necessari per a la reacció de fotòlisi de l'aigua que té lloc durant la respiració; participa en els processos fotosintètics i en la síntesi d'ADN i ARN. També és component estructural de l'anell de la molècula de clorofil·la.

ferro

El ferro és un cofactor important per a gran varietat d'enzims. El seu paper fonamental implica el transport d'electrons en reaccions d'òxid reducció, ja que pot ser fàcilment oxidat reversiblement de Fe2 + a Fe3 +.

El seu paper primordial és potser com a part dels citocroms, vitals per al transport de l'energia lumínica en les reaccions fotosintètiques.

bor

La seva funció exacta no ha estat puntualitzada, però l'evidència suggereix que té importància en l'elongació cel·lular, la síntesi d'àcids nucleics, en respostes hormonals, funcions de membrana i en la regulació de l'cicle cel·lular.

manganès

El manganès es troba com catió divalent (Mg2 +). Participa de l'activació de molts enzims en les cèl·lules vegetals, en particular de descarboxilases i deshidrogenases implicades en el cicle d'àcids tricarboxílics o cicle de Krebs. La seva funció més coneguda és en la producció d'oxigen a partir de l'aigua durant la fotosíntesi.

Sodi

Aquest ió és requerit per moltes plantes amb metabolisme C4 i àcid crasuláceo (CAM) per a la fixació de l'carboni. És important també per a la regeneració de l'fosfoenolpiruvat, el substrat de la primera carboxilació en les rutes anteriorment esmentades.

zinc

Gran quantitat d'enzims requereixen zinc per al seu funcionament, a més algunes plantes ho necessiten per a la biosíntesi de clorofil·la. Enzims de el metabolisme de l'nitrogen, de transferència d'energia i de les rutes biosintètiques d'altres proteïnes necessiten zinc per al seu funcionament. És, a més, part estructural de molts factors de transcripció importants des del punt de vista genètic.

coure

El coure s'associa amb molts enzims que participen en reaccions d'òxid-reducció, ja que aquest pot ser reversiblement oxidat des Cu + fins Cu2 +. Un exemple d'aquests enzims és la plastocianina que s'encarrega de la transferència d'electrons durant les reaccions lumíniques de la fotosíntesi

níquel

Les plantes no tenen un requeriment específic per aquest mineral, però, moltes dels microorganismes fixadors de nitrogen que mantenen relacions simbiòtiques amb les plantes necessiten de l'níquel per els enzims que processen molècules d'hidrogen gasosos durant la fixació.

molibdè

La nitrat reductasa i la nitrogenasa són de les moltes enzims que requereixen molibdè per al seu funcionament. La nitrat reductasa s'encarrega de la catàlisi de la reducció de l'nitrat a nitrit durant l'assimilació de l'nitrogen en les plantes, i la nitrogenasa converteix el nitrogen gasós en amoni en els microorganismes fixadors de nitrogen.

Diagnòstic de deficiències

Les alteracions nutricionals en els vegetals poden ser diagnosticats de diverses formes, entre elles l'anàlisi foliar és un dels mètodes més efectius.

Clorosi internerval en Liquidambar styraciflua (Jim Conrad, via Wikimedia Commons)

La clorosi o groc, l'aparició de taques necròtiques de colors foscos i els seus patrons de distribució, així com la presència de pigments com les antocianines, són part dels elements a considerar durant el diagnòstic de les deficiències.

És important considerar la mobilitat relativa de cada element, ja que no tots són transportats amb la mateixa regularitat. Així, la deficiència d'elements com el K, N, P i Mg pot observar-se en les fulles adultes, ja que aquests elements són translocats cap als teixits en formació.

Per contra, les fulles joves presentaran les deficiències per elements com el B, Fe i Ca, que són relativament immòbils en la major part de les plantes.

referències

1. Azcón-Bieto, J., & Taló, M. (2008). Fonaments de fisiologia vegetal (2a ed.). Madrid: McGraw-Hill Interamericana d'Espanya.
2. Barker, A., & Pilbeam, D. (2015). Handbook of plant nutrition (2nd ed.).
3. Sattelmacher, B. (2001). The apoplast and its significance for plant mineral nutrition. New Phytologist, 149 (2), 167-192.
4. Taiz, L., & Zeiger, I. (2010). Plant Physiology (5th ed.). Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates Inc.
5. White, PJ, & Brown, PH (2010). Plant nutrition for sustainable development and global health. Annals of Botany, 105 (7), 1073-1080.