Nutrición Mineral

La nutrición mineral hace referencia a los procesos mediante los cuales las plantas absorben y asimilan los elementos minerales del suelo y los emplean para su crecimiento y desarrollo.

Clasificación de los Elementos Minerales

Elementos esenciales

Son aquellos elementos minerales en cuya ausencia la planta no puede completar su ciclo de vida.

Elementos útiles o no esenciales

Aun cuando la planta puede vivir en ausencia de ellos, su presencia favorece el crecimiento, la reproducción y la resistencia a condiciones desfavorables del medio, como el clima y las plagas.

Elementos tóxicos

Son aquellos elementos minerales que, en altas concentraciones, ocasionan la muerte de la planta.

Clasificación por Concentración

Macronutrientes

Nitrógeno (N), Fósforo (P), Potasio (K), Magnesio (Mg), Azufre (S), Calcio (Ca).

Micronutrientes

Zinc (Zn), Cloro (Cl), Molibdeno (Mo), Sodio (Na), Hierro (Fe), Cobre (Cu), Manganeso (Mn), Boro (B), Silicio (Si), Níquel (Ni).

Objetivos

• Determinar, mediante síntomas visuales, el elemento faltante en soluciones nutritivas problema.
• Evaluar el efecto de la deficiencia de los elementos minerales sobre el crecimiento de la planta.

¿Por qué debe airearse la solución nutritiva?

Se deben considerar dos razones fisiológicas principales:

• Para evitar la formación de microorganismos en la solución nutritiva que puedan perjudicar el crecimiento de la planta.
• Para que las soluciones nutritivas contengan oxígeno que la planta pueda absorber a través de sus raíces.

Síntomas de Deficiencia de Nutrientes

A continuación, se describen los síntomas observados para identificar el elemento faltante en cada solución problema, explicando por qué cada elemento produce dichos síntomas.

Nitrógeno (N)

• Es un componente estructural de la molécula de clorofila, indispensable para la fotosíntesis.
• Es un componente estructural de las moléculas de ATP (fotosíntesis, respiración y procesos de intercambio de energía).
• Síntomas de deficiencia: Las plantas con deficiencia de nitrógeno son de color verde claro y muestran clorosis generalizada, principalmente en hojas viejas. Las hojas jóvenes permanecen verdes por períodos más largos, ya que reciben nitrógeno soluble proveniente de las hojas más viejas. La relación vástago/raíz es baja, ya que predomina el crecimiento radicular sobre el foliar. El crecimiento de muchas plantas deficientes en nitrógeno es raquítico.

Fósforo (P)

• Es un componente estructural de las membranas celulares como fosfolípido.
• La energía liberada en los procesos catabólicos se transforma en compuestos energéticos (como el ATP) para ser utilizados en los procesos anabólicos.
• Síntomas de deficiencia: En cereales, se caracteriza por un retardo en el crecimiento, las raíces se desarrollan poco y se produce enanismo en hojas y tallos. Es frecuente la acumulación de antocianina en la base de las hojas. Además, el número de tallos disminuye, formando tallos finos y cortos con hojas pequeñas.

Hierro (Fe)

• Actúa como activador enzimático: es cofactor de sistemas como los citocromos oxidasa (transporte de electrones en la respiración), enzimas involucradas en la síntesis de clorofila y la nitrogenasa.
• Síntomas de deficiencia: Se observa clorosis intervenal en las hojas más jóvenes. En condiciones extremas, estas se tornan casi blancas.

Magnesio (Mg)

• El magnesio tiene un papel estructural como componente de la molécula de clorofila. Es requerido para mantener la integridad de los ribosomas y contribuye a mantener la estabilidad estructural de los ácidos nucleicos y las membranas.
• Su deficiencia inhibe las reacciones de fotofosforilación y las reacciones de fosforilación que permiten la regeneración de la RuBisCO (en la fotosíntesis).
• Síntomas de deficiencia: Se presenta clorosis intervenal en las hojas más bajas, seguida de coloraciones púrpuras y la posterior formación de manchas necróticas.

Calcio (Ca)

• Es un elemento esencial para el crecimiento de los meristemos y para el funcionamiento apropiado de los ápices radicales.
• Actúa como un regulador de la división y extensión celular a través de la activación de una proteína modulada por calcio (calmodulina).
• Síntomas de deficiencia: Reducción inmediata de la tasa de crecimiento por muerte de ápices, yemas terminales y regiones meristemáticas. Inhibe la germinación del polen y el crecimiento del tubo polínico. Se afecta el crecimiento radical, con una reducción de raíces secundarias.

¿Con qué finalidad se determina la masa seca de las plantas?

La finalidad de calcular la masa seca de los tejidos vegetales es determinar qué cantidad de agua contenían dichos tejidos.

La Respiración en las Plantas

La respiración celular consiste en una serie de procesos por los cuales los carbohidratos y otras moléculas orgánicas son oxidadas con la finalidad de obtener energía (almacenada durante la fotosíntesis) y esqueletos de carbono para ser usados en el crecimiento y mantenimiento de la célula.

Fases de la Respiración Celular

1. Glucólisis: ocurre en el citoplasma.
2. Ciclo de Krebs: ocurre en las mitocondrias.
3. Transporte de electrones y fosforilación oxidativa: ocurren también en las mitocondrias.

Importancia de la Respiración

• Producción de energía metabólica (ATP).
• Producción de esqueletos de carbono para la síntesis de nuevos compuestos.

Tipos de Respiración Celular

Respiración aeróbica

Hace uso del O₂ como aceptor último de los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas oxidadas.

Respiración anaeróbica

No interviene el oxígeno, sino que se emplean otros aceptores finales de electrones, muy variados, generalmente minerales y, a menudo, subproductos del metabolismo de otros organismos.

Objetivos

• Medir la intensidad respiratoria del material en estudio mediante el método de hidróxido de bario.
• Comparar las tasas de respiración de los tejidos vegetales en estudio.
• Adquirir destreza para titular.
• Verificar la influencia de la temperatura sobre la respiración.

¿Qué cambios experimentaría la tasa de respiración de los tejidos vegetales si estuviesen almacenados a bajas temperaturas?

A bajas temperaturas, el proceso de óxido-reducción se ralentiza. Las moléculas orgánicas (carbohidratos, grasas, etc.) no podrían ser oxidadas eficientemente para transformarlas en CO₂, y al mismo tiempo, el O₂ no podría ser reducido para formar agua. Como consecuencia, la formación de energía (ATP) disminuiría, liberándose menos calor.

¿Qué relación existe entre la tasa respiratoria y el manejo poscosecha de frutos y vegetales?

El proceso respiratorio ocurre a expensas de las sustancias de reserva, como azúcares y almidones, que son oxidadas con el consiguiente consumo de oxígeno y producción de dióxido de carbono. Una alta tasa respiratoria acelera la maduración y senescencia del producto, por lo que el manejo poscosecha (ej. refrigeración) busca reducirla para prolongar la vida útil.

Hormonas Vegetales (Fitohormonas)

Se han definido como compuestos orgánicos no nutritivos que actúan en muy bajas concentraciones (muy por debajo de las de otros compuestos como nutrientes o vitaminas), regulan procesos fisiológicos y, en dosis altas, pueden ser perjudiciales.

Las auxinas

Son sustancias producidas en pequeñas cantidades en la región apical de los tallos, coleóptilos y en los ápices de las raíces. Estimulan la elongación de tallos, la actividad cambial, la partenocarpia, la formación de raíces adventicias y el desarrollo de los frutos.

Las giberelinas

Promueven la germinación de las semillas y la floración en plantas de días largos. Su síntesis aparentemente se realiza en sitios similares a los de las auxinas, pero no necesariamente al mismo tiempo. Las hojas jóvenes, los embriones en desarrollo y los ápices de las raíces son conocidos como sitios de producción de giberelinas.

Las citocininas

Constituyen un grupo de hormonas vegetales que promueven la división celular y previenen el envejecimiento de las plantas. Parecen actuar a nivel de los ácidos nucleicos y su síntesis, aparentemente, está localizada en el sistema radical de la planta.

Objetivos

• Observar el efecto del ácido indolbutírico (AIB) en la dominancia apical.
• Observar el efecto del ácido indolbutírico (AIB) en la abscisión de hojas.
• Observar el efecto de las auxinas en el enraizamiento.
• Evaluar el efecto del etileno en el crecimiento de las plántulas.

¿Qué es la dominancia apical y qué rol cumplen las auxinas y las citoquininas?

• Dominancia apical: Es el predominio en el crecimiento de la yema que se encuentra en la porción superior de la planta (yema apical) por sobre el crecimiento de las yemas laterales (axilares).
• Rol de las auxinas: La auxina es transportada mediante un mecanismo dependiente de energía, alejándose en forma basípeta desde el punto apical de la planta hacia su base. Este flujo de auxina reprime el desarrollo de brotes axilares laterales a lo largo del tallo, manteniendo de esta forma la dominancia apical.
• Rol de las citoquininas: Son hormonas vegetales naturales que estimulan la división celular en tejidos no meristemáticos y promueven el crecimiento de las yemas laterales, contrarrestando el efecto de las auxinas.

Si usted es un productor de cítricos, ¿qué tratamiento hormonal podría emplear para facilitar la cosecha?

La aplicación de auxinas previene la caída de frutos cítricos previa a la recolección, un efecto muy importante comercialmente en la producción de naranjas. Por otro lado, el etileno se puede usar para promover la separación de los frutos y facilitar la cosecha mecánica.

¿Qué rol cumplen las auxinas y el etileno en la abscisión de órganos y cómo lo hacen?

• Auxinas: Cuando hay una disminución de auxina en las hojas, se promueve la abscisión (caída). Esta puede ser prevenida con la aplicación exógena de auxina, lo cual es extremadamente importante para la agricultura porque previene la caída prematura de flores, frutos y semillas. Por otro lado, grandes cantidades de auxina pueden inducir la producción de etileno, lo que a su vez promueve la caída de los frutos.
• Etileno: El etileno promueve la abscisión (caída) de hojas, flores y frutos en una gran variedad de especies. En las hojas, el etileno probablemente activa las enzimas (celulasas y poligalacturonasas) que causan la disolución de la pared celular asociada con la abscisión. Se emplea comercialmente para promover la separación de los frutos en cerezos, zarzamoras y uvas, haciendo posible su recolección mecánica.

Explique la base científica del refrán “Una manzana podrida daña a las demás”.

Una manzana en proceso de maduración o descomposición produce grandes cantidades de etileno, un gas que actúa como hormona. Este etileno se difunde en el aire y acelera el proceso de maduración y senescencia en otras frutas cercanas (frutos climatéricos). Cuando frutos climatéricos inmaduros se tratan con etileno, se acelera el comienzo del climaterio (pico respiratorio de la maduración). Esto explica por qué una fruta madura o podrida puede hacer que las demás a su alrededor maduren y se echen a perder más rápido.

¿Qué se conoce como la respuesta triple al etileno?

Es una respuesta característica de las plántulas que crecen en la oscuridad en presencia de etileno, y consiste en:

1. Reducción de la elongación del hipocótilo.
2. Crecimiento radial y engrosamiento del tallo.
3. Orientación horizontal del crecimiento (ageotropismo o diagravitropismo).

Germinación de Semillas

La germinación es una serie de acontecimientos metabólicos y morfogenéticos que tienen como resultado la transformación de un embrión en una plántula.

Objetivos

• Verificar la viabilidad de un lote de semillas.
• Verificar que los tejidos en procesos de división y crecimiento celular poseen una elevada actividad respiratoria.
• Evaluar la influencia de la temperatura en la germinación.
• Determinar la influencia de la luz en la germinación.
• Evaluar el efecto de las giberelinas en la germinación.
• Evaluar el efecto de la salinidad en la germinación.

¿Qué diferencias existen entre germinación y desarrollo de la semilla?

• Germinación: Es la serie de acontecimientos metabólicos y morfogenéticos que tienen como resultado la transformación de un embrión en una plántula capaz de valerse por sí misma.
• Desarrollo: Es el proceso posterior a la germinación, donde se produce el crecimiento de las distintas partes de la planta (raíces, tallo, ramas y hojas). La planta poco a poco desarrolla un sistema de raíces profundo, engrosa su tallo y sus ramas, genera un amplio follaje y aumenta sus dimensiones.

¿Con cuál de las actividades se cumplió el segundo objetivo de la práctica?

Con el experimento N.º 2: Efecto de la temperatura sobre la germinación. Se observó que la germinación en semillas de maíz y caraota fue del 100%, mientras que en girasol fue solo del 5%, demostrando cómo las condiciones (en este caso, la temperatura) afectan los procesos metabólicos como la respiración, clave para la germinación.

¿Cómo se denomina el fotorreceptor que capta el estímulo lumínico que induce la germinación?

Los fitocromos son unos pigmentos vegetales que controlan diferentes aspectos del desarrollo e informan a las plantas de los cambios operados en el entorno para optimizar su crecimiento, incluyendo la germinación inducida por la luz.

¿Por qué se descartan las cápsulas a medida que se van destapando?

Porque el experimento estaba basado en evaluar la germinación en ausencia de luz. Destapar las cápsulas expondría las semillas a la luz, alterando las condiciones del experimento.

La aplicación de giberelina es un tratamiento que se aplica para romper condiciones de latencia. ¿Qué es la latencia y qué tipos de latencia se pueden solventar con esta práctica?

Se entiende por latencia o dormición al estado en el cual una semilla viable no germina aunque se la coloque en condiciones de humedad, temperatura y concentración de oxígeno idóneas para hacerlo. La aplicación de giberelinas puede ayudar a romper la latencia endógena, que es causada por factores internos de la propia semilla (ej. inhibidores hormonales).

Cálculos de Ejemplo

B = 10.9
-D = B - M
10.9 - 6.5 = 4.40 ml

CO₂ (mg)
DxNx22
4.40 x 0.1 x 22 = 9.68 mg

CO₂ / 100 g / 60 min
9.68 ---- 10
x -------- 60
x = 58.68 mg CO₂ / 60 min

mg CO₂ / h --------- 183.49 masa
        x ---------------- 100 g

31.67 mg CO₂ / 100g M / h