Nutrição mineral de plantas

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A nutrição mineral é o estudo das formas como as plantas utilizam e obtêm os nutrientes minerais obtidos através do solo.[1]

Na natureza, estão à disposição das plantas, quase todos os elementos da tabela periódica. Uma simples análise química de um vegetal não funcionaria para determinar quais destes elementos são essenciais, pois a planta pode absorver e armazenar em seus tecidos muitos elementos que não lhe são essenciais. É necessário determinar os nutrientes de acordo com um critério de essencialidade.

A maneira mais comum de se determinar a essencialidade de um elemento às plantas é através de experimentos com soluções nutritivas preparadas com água e sais purificados. Assim, podem omitir-se os elementos da solução um a um, podendo ser classificados como essenciais os que atendam aos seguintes critérios[2]:/

• Na ausência do elemento a planta não cresce normalmente nem completa o seu ciclo de vida, ou seja, não se desenvolve corretamente e não se reproduz;
• O elemento é insubstituível, ou seja, deficiência só pode ser corrigida através do seu fornecimento e não de algum outro.
• O elemento químico faz parte de uma molécula, de um constituinte ou de uma reação bioquímica essencial à planta.

As quantidades demandadas de cada nutriente são variáveis, mas todos eles são igualmente importantes. Entretanto, para fins didáticos, os elementos essenciais podem ser assim classificados:

Macronutrientes

Os macronutrientes são os elementos básicos necessários em maior volume às plantas. São eles: carbono, oxigênio, hidrogênio - retirados do ar e da água - e nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre retirados do solo, sob condições naturais.

Micronutrientes

Os micronutrientes são requeridos em pequenas quantidades, de miligramas (um milésimo do grama) a microgramas (um milionésimo do grama). São micronutrientes o boro, cloro, cobre, ferro, manganês, molibdênio, níquel e zinco.

Para as plantas cultivadas, a análise química dos tecidos consiste no método mais largamente utilizado na avaliação do estado nutricional, sendo as folhas, o principal órgão amostrado para a maioria das espécies cultivadas. A interpretação do estado nutricional das plantas pode ser feita por diferentes métodos, sendo os mais comuns o método do nível crítico, o método das faixas de suficiência e o método do sistema integrado de diagnose e recomendação.[3]

Funções dos nutrientes

Cada nutriente é utilizado em um local diferente, com sua função específica e essencial.

Macronutrientes

Carbono

O carbono forma a estrutura das biomoléculas das plantas, incluindo amido e celulose. É fixado através da fotossíntese a partir do gás carbônico do ar e faz parte desses carboidratos, que armazenam energia nos vegetais.

Hidrogênio

O hidrogênio também é necessário para a composição de carboidratos e para a estrutura das plantas. É obtido quase que totalmente da água.

Oxigênio

O oxigênio é necessário para a respiração celular. Respiração é o processo de geração de trifosfato de adenosina (ATP), rica em energia, com o consumo dos açúcares produzidos na fotossíntese.

Nitrogênio

O nitrogênio é um componente essencial de todas as proteínas. Deficiência deste nutriente geralmente resulta em atrofia das plantas.

Fósforo

O fósforo é importante para os processos energéticos das plantas. Como componente do ATP, o fósforo é necessário para a conversão da energia luminosa em energia química (ATP) durante a fotossíntese. Pode também ser usado para modificar a atividade de várias enzimas por fosforilação, e pode ser usado na sinalização celular. Como o ATP pode ser utilizado na biossíntese de várias biomoléculas, o fósforo é importante para o crescimento vegetal, floração e formação de sementes.

Potássio

Potássio regula a abertura e fechamento de estômatos através de alterações da turgidez das células-guarda induzidas por uma bomba de potássio na parede celular. Como os estômatos são importantes na regulação da perda de água pelas plantas, o potássio ajuda a diminuir perdas de água e aumenta a tolerância a secas.

Cálcio

O cálcio regula o transporte de outros nutrientes dentro da planta e também está envolvido na ativação de certas enzimas.

Magnésio

Magnésio é componente importante da molécula de clorofila, um pigmento vegetal essencial à fotossíntese. É importante para a produção de ATP pelo seu papel como cofator enzimático.

Enxofre

Enxofre é um componente estrutural de alguns aminoácidos e vitaminas, e é essencial à produção de cloroplastos.

Micronutrientes

Boro

Boro é importante para o transporte de açúcares, divisão celular, e síntese de certas enzimas.

Cobre

Cobre é um elemento envolvido em vários processos enzimáticos, importante para a fotossíntese e na produção de grãos e da lignina das paredes celulares.

Ferro

Ferro é necessário para a fotossíntese e está presente como um cofator enzimático nas plantas.

Molibdênio

Molibdênio é um cofator enzimático importante na produção de aminoácidos.

Manganês

Manganês é necessário para a produção de cloroplastos.

Zinco

Zinco é requerido por um grande número de enzimas e desempenha um papel essencial na transcrição do DNA.

Níquel

Nas plantas superiores, níquel é essencial para ativação da enzima urease, uma enzima envolvida no metabolismo do nitrogênio. Sem o níquel, níveis tóxicos de ureia se acumulam, resultando em lesões necróticas. Nos vegetais inferiores, o níquel ativa várias enzimas envolvidas em uma variedade de processos, e pode substituir o zinco e o ferro como cofatores em algumas enzimas.

Cobalto

O cobalto é um elemento essencial aos micro-organismos fixadores de nitrogênio. O cobalto participa na composição da vitamina B12 e da coenzima cobamida, que funciona como ativadora de enzimas catalisadoras em reações bioquímicas em culturas de bactérias fixadoras de nitrogênio presentes nos nódulos das leguminosas.

Cloro

Cloro é necessário para a osmose e o balanço iônico; também participa da fotossíntese.

A nutrição e o solo

O conceito de solo como meio para o crescimento vegetal é uma noção antiga desde os primórdios da agricultura. De fato, as características físicas e químicas dos solos condicionam o crescimento vegetal, ao fazer variar a capacidade de retenção de água, a solubilidade dos elementos minerais, as transformações minerais e bioquímicas, a lixiviação dos nutrientes e o pH. O solo é importante para o crescimento vegetal pois supre as plantas com fatores de crescimento, permite o desenvolvimento e distribuição das suas raízes e possibilita o movimento dos nutrientes, de água e ar nas superfícies radiculares. O conjunto de propriedades do solo que propiciam o desenvolvimento vegetal é chamado fertilidade do solo.

Obtenção e transporte dos nutrientes minerais na planta

As plantas podem obter nutrientes através do solos de 3 formas:

Difusão

Acontece quando existe um gradiente de concentração: de um ponto de maior concentração para outro de menor concentração.[1]

A absorção de nutrientes pela raiz diminui a concentração dos íons nessa região e favorece a difusão em direção à superfície radicular[4]

Fluxo de massa

Ocorre no sentido do movimento da água para a superfície da raiz.[1]

Interceptação radicular

A raiz da planta entra em contato com o ion.

Grande parte dos nutrientes é absorvida por fluxo de massa.

A capacidade das plantas para obter água e nutrientes minerais do solo está relacionada com sua capacidade para desenvolver um extensivo sistema radicular.[4]

As raízes das plantas têm mecanismos para ajudar na absorção de nutrientes, como, por exemplo, os pelos radiculares, que são extensões da raiz que aumentam sua área de superfície. A maior parte dos nutrientes é absorvida na região da raiz onde se encontram essa estrutura. Existe também a associação com microorganismos que ajudam a fixar nutrientes ou torná-los disponíveis para a planta, em troca de algum beneficio, como amidos e açúcares.

Depois de chegar na superfície da raiz, o nutriente pode seguir diferentes rotas, tais como:

Apoplástica

O nutriente passa por um sistema contínuo de paredes celulares denominado apoplasto. O nutriente não atravessa nenhuma membrana.[1]

Simplástica

O simplasto consiste na rede de citoplasmas celulares interconectados por plasmodesmos. Nessa rota, o nutriente desloca-se através do parênquima cortical via

plasmodesmos.[1]

Em todos os casos, o íon deve entrar no simplasto, antes que ele chegue ao cilindro central, devido a presença das estrias de Caspary nas células da endoderme.[4]

Depois disso o íon irá de célula em célula, até o xilema, que levará o nutriente para a parte aérea devido ao fluxo transpiratório e que depois é distribuído pelo floema.[4]

O processo de distribuição dos nutrientes, já transformados em açúcares, enzimas ou outro fotossintato, pelo floema, pode ser explicado por uma relação fonte-dreno. Fonte é a area de produção do fotossintato, principalmente folhas maduras; dreno são as áreas metabólicas e de armazenamento, tais como folhas e frutos imaturas.[1]

Estudo das necessidades nutricionais

1. Coloca em seis matrazes etiquetados 250 mL de cada um dos meios de cultura com deficiência em azoto, fósforo, magnésio, cálcio, ferro e manganésio. Num sétimo matraz coloca o mesmo volume de meio completo.
2. Mede o pH de cada um dos meios, usando o eléctrodo de pH e, se necessário, acondiciona-o para valores entre 5,5 e 7,5, usando soluções de ácido clorídrico ou hidróxido de sódio.
3. Seleciona sete plântulas de tomateiro que se encontrem em 2 estados de desenvolvimento semelhantes e mede os respectivos comprimentos. (Para obteres medidas exactas, justapõe um fio ao caule das plantas e, de seguida, mede o seu comprimento.)
4. Introduz as radículas de cada plântula no orifício de cada placa, envolvendo o caule com algodão na zona de contacto com a esferovite.
5. Coloca as placas de esferovite sobre os matrazes para que as radículas das plântulas fiquem imersas no meio de cultura.
6. Forra os matrazes com folha de alumínio de forma a proteger o sistema radicular dos tomateiros da radiação luminosa.
7. Coloca os dispositivos experimentais em boas condições de luminosidade e à temperatura de 18ºC a 20ºC. De sete em sete dias, renova os meios de cultura.
8. Efetua observações de quatro em quatro dias das plântulas de tomateiro, tendo em atenção os aspectos seguintes:

Formação de nós e folhas;

Variação de crescimento mediante medição do(s) comprimento(s) internodal(ais) (entre dois nós consecutivos) e do comprimento total.

Aspecto global da planta no que diz respeito:

- À presença ou ausência de manchas cloróticas nas folhas (descoloração/folhas amarelecidas);

- À presença ou ausência e manchas necróticas nas folhas (manchas negras resultantes de morte celular);

- Ao desenvolvimento de zonas de abscisão foliar;

- Ao aspecto do sistema radicular (cor, desenvolvimento).

Exportação de nutrientes pela atividade agrícola e Florestal

A exportação de nutrientes na atividade agrícola é um aspecto crucial e, por vezes, desafiador, na gestão sustentável dos solos e ecossistemas agrícolas. Enquanto a produção agrícola visa atender às crescentes demandas globais por alimentos, fibras e biocombustíveis, o solo, por sua vez, fornece os nutrientes essenciais para o desenvolvimento saudável das plantas [5].

O constante ciclo de plantio, colheita e exportação de produtos agrícolas pode levar à remoção significativa de nutrientes do solo. Essa exportação de nutrientes, se não gerenciada adequadamente, pode resultar em empobrecimento do solo, comprometendo sua fertilidade a longo prazo. Portanto, estratégias sustentáveis, como a rotação de culturas, a utilização de adubos orgânicos e a implementação de práticas de conservação do solo, desempenham um papel vital na preservação e na reposição desses nutrientes essenciais [6].

Além disso, a exportação de nutrientes também está interligada aos desafios ambientais, como a lixiviação de fertilizantes que podem contaminar recursos hídricos e contribuir para problemas de qualidade da água. A gestão responsável dos resíduos agrícolas e a aplicação precisa de nutrientes são, portanto, áreas críticas de foco para minimizar impactos negativos.

Nesse contexto, a pesquisa e a inovação desempenham um papel significativo, buscando desenvolver práticas agrícolas mais eficientes e sustentáveis. A utilização de tecnologias de precisão, a promoção da agricultura de conservação e a implementação de sistemas agroflorestais são exemplos de abordagens que visam equilibrar a exportação de nutrientes com a necessidade de manter a fertilidade do solo.

Referências

1. Taiz, Lincoln (2017). Fisiologia e desenvolvimento vegetal. Porto alegre: artmed 
2. MALAVOLTA, E. Manual de nutrição mineral de plantas. São Paulo. Ceres. 2006. 638 p.
3. MALAVOLTA, E. ; OLIVEIRA, S. A. ; WADT, P. G. S. . "Foliar Diagnosis: the status of the art". In: José Osvaldo Siqueira; F. M. S. Moreira; Alfredo S. Lopes; L. R. G. Guilherme; A. E. Furtini Neto; J. G. Carvalho. (Org.). Inter-relação fertilidade, biologia do solo e nutrição de plantas. 1 ed. Viçosa-MG: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1999, v. 1, p. 205-242
4. «Nutrição Mineral» (PDF). Consultado em 12 de janeiro de 2019 
5. dos Santos, Elvis Vieira; Lima, Michael Douglas Roque; Dantas, Kelly das Graças Fernandes; Carvalho, Fábio Israel Martins; Gonçalves, Delman de Almeida; Silva, Arystides Resende; Sun, Honggang; Ferreira, Marciel José; Bufalino, Lina (29 de setembro de 2023). «The Inorganic Composition of Tachigali vulgaris Wood: Implications for Bioenergy and Nutrient Balances of Planted Forests in the Amazonia». BioEnergy Research (em inglês). ISSN 1939-1242. doi:10.1007/s12155-023-10679-3. Consultado em 15 de novembro de 2023 
6. dos Santos, Elvis Vieira; Lima, Michael Douglas Roque; Dantas, Kelly das Graças Fernandes; Carvalho, Fábio Israel Martins; Gonçalves, Delman de Almeida; Silva, Arystides Resende; Sun, Honggang; Ferreira, Marciel José; Bufalino, Lina (29 de setembro de 2023). «The Inorganic Composition of Tachigali vulgaris Wood: Implications for Bioenergy and Nutrient Balances of Planted Forests in the Amazonia». BioEnergy Research (em inglês). ISSN 1939-1242. doi:10.1007/s12155-023-10679-3. Consultado em 15 de novembro de 2023 

Ligações Externas

• Nutrição de plantas
• Site da Embrapa