Aula 1 - Elementos essenciais e benéficos às plantas superiores

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I -ELEMENTOS ESSENCIAIS E BENEFICOS
ÀS PLANTAS SUPERIORES
Antonio Roque Dechen 1/ & Gilmar Ribeiro Nachtigall 2/
11Departamento de Solos e Nutrição de Plantas, Escola Superior de Agricultura Luiz de
Queiroz - ESALQ/USP Caixa Postal 9, CEP 13418-900 Piracicaba (SP).
ardechen@esalq.usp.br
21 Embrapa Uva e Vinho. Caixa Postal 130, CEP 95700-000 Bento Gonçalves (RS).
gilmar@cnpuv.embrapa.br
Conteúdo
INTRODUÇÃO 1
CRITÉRIOS DE ESSENCIALIDADE 2
LITERATURA CITADA 5
I
INTRODUÇÃO
o uso de técnicas de cultivos hidropônicos com soluções de composição química
bem definida e a possibilidade de obtenção de compostos químicos de alto grau de pureza
foram fatores que contribuíram muito para os avanços nas pesquisas em nutrição mineral
de plantas, uma vez que lhes possibilitaram o seu crescimento normal e permitiram um
controle mais exato no fornecimento de nutrientes às raízes.
Revendo a história da nutrição mineral de plantas, provavelmente Woodward, em
1699,realizou os primeiros experimentos em cultivo de plantas em meio líquido sem o
uso de substratos sólidos. Em 1804, Saussure realizou uma das primeiras tentativas
para analisar os fatores envolvidos no cultivo de plantas em meios nutritivos,
estabelecendo a necessidade de fornecer nitrato à solução desses cultivos. No século
XIXforam realizadas intensas pesquisas envolvendo soluções nutritivas e o crescimento
de plantas. Pesquisadores como Sachs, Boussingault e Knop realizaram experimentos
que ajudaram a determinar que certos elementos eram importantes para O crescimento
das plantas. O alemão Justus von Liebig compilou em seus livros e cartas publicadas
SBCS, Viçosa, 2006. Nutrição Mineral de Plantas, 432p. (ed. FERNANDES, M.S.).
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entre 1840 e 1855 informações da época quanto à importância dos elementos minerais
para as plantas, mencionando que os elementos minerais essenciais a elas eram: N, P, K,
Ca, Mg, S, Si,Na e Fe, todos retirados do solo, além de C, H e O, retirados da água e do ar.
Knop, em 1865, publicou os resultados de seu experimento envolvendo o efeito da
composição de uma solução nutritiva sobre o crescimento das plantas, bem como propôs
uma fórmula de uma solução nutritiva simples, baseada em relações moleculares, a qual
foi o ponto de partida para modificações posteriores por outros autores (Ploeg et al.,
1999; Furlani, 2004; Epstein & Bloom, 2006).
CRITÉRIOS DE ESSENCIALIDADE
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Em termos médios, o protoplasma de uma planta contém 85 a 90 % de água. O
conteúdo de água nas raízes, expresso em peso de tecido fresco, varia de 71 a 93 %; dos
ramos, de 48 a 94 %; das folhas, de 77 a 98 %; e dos frutos, entre 84 e 94 %. A presença de
elementos químicos nas cinzas de uma planta não é um indicador das necessidades
quantitativas e qualitativas dos diferentes elementos químicos para uma planta
fotoautotrófica, como demonstraram Arnon & Stout (1939), utilizando cultivos
hidropônicos. Esses autores estabeleceram três critérios que devem ser atendidos para
que um elemento possa ser considerado essencial:
Critério 1: Um elemento é essencial se sua deficiência impede que a planta complete
o seu ciclo vital.
Critério 2: Para que um elemento seja essencial, ele não pode ser substituído por
outro com propriedades similares. Por exemplo: O Na apresenta propriedades
semelhantes às do K, porém não pode substituí-lo completamente.
Critério 3: O último critério a ser cumprido é de que o elemento deve participar
diretamente no metabolismo da planta e que seu benefício não esteja somente relacionado
ao fato de melhorar as características do solo, melhorando o crescimento da microflora
ou algum efeito similar.
A presença de um elemento com alta concentração em uma planta não é um indicador
seguro de sua essencialidade, já que as plantas apresentam capacidade de absorção
seletiva limitada, de modo que podem absorver pelas raízes elementos minerais não-
essenciais e, ou, mesmo tóxicos. Assim, mesmo que um elemento possibilite melhorar o
crescimento ou um processo fundamental de uma planta, ele não é considerado essencial
se não atender os três critérios da essencialidade. Todos os 17 elementos (Quadro 1)
cumprem essas exigências e devem ser fornecidos às plantas para que estas germinem,
cresçam, floresçam e produzam sementes.
Alguns elementos são classificados como benéficos para o desenvolvimento de
algumas plantas, como o a, Se, Si e Co. Por exemplo, existem algumas espécies de
plantas de mangue que acumulam a; já algumas plantas de deserto, como AtripLex
vesicaria e Halogeton glomeratus. requerem Na para o seu crescimento e desenvolvimento,
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I -ELEMENTOS ESSENCIAIS E BENÉFICOS ÀS PLANTAS SUPERIORES 3
Quadro 1. Relação dos elementos essenciais às plantas superiores, com as concentrações médias
na matéria seca da parte aérea de plantas e os respectivos autores que demonstraram a sua
essencialidade e o ano em que ocorreu a descoberta
Elemento Concentração média Demonstração da essencialidade Ano
Carbono 450 (g kg-I) Saussure 1804
Oxigênio 450 (g kg-I) Saussure 1804
Hidrogênio 60 (g kg-I) Saussure 1804
Nitrogênio 15 (g kg-r) Saussure 1804
Potássio 10 (g kg-l) Sachs & Knop 1860, 1865
Cálcio 5 (g kg-l) Sachs & Knop 1860, 1865
Fósforo 2 (g kg-l) VilI 1860
Magnésio 2 (g kgl) Sachs & Knop 1860,1865
Enxofre 1 (g kg-l) Sachs & Knop 1865
Cloro 100 (mg kg-l) Broyer et a l. 1954
Manganês 50 (mg kgt) Mazé & McHargue 1915,1922
Boro 20 (mg kg-l) Warington 1923
Zinco 20 (mg kg-l) Sommer & Lipman 1926
Ferro 10 (mg kg-I) Sachs & Knop 1860, 1865
Cobre 6 (mg kg-I) Lipman & McKinney 1931
Níquel 3 (mg kg-I) Brown et al. 1987
Molibdênio 0,1 (mg kg-l) Arnon & Stout 1938
Fonte: Malavolta (1980); Marschner (1995)_
enquanto para Amaranihus iricolor (espécie C4) o Na é essencial quando em baixas
concentrações de CO2; existem plantas, como Astragalus, Stanleya e Lecythís, que crescem
em solos com alta concentração de Se, constituindo-se em plantas acumuladoras deste
elemento. Tem sido proposto que os silicatos em folhas e inflorescências de gramíneas
podem impedir ou..diminuir o ataque por animais e insetos, O Co é essencial e necessário
para a fixação do N por bactérias nos nódulos das raízes de leguminosas, bem como
para bactérias de vida livre que fixam N2-
Dessa forma, os elementos requeridos pelas plantas podem ser classificados como
essenciais e benéficos; contudo, essa listagem atual pode ser ampliada, já que, com o
avanço das técnicas analíticas, outros elementos exigidos em quantidades mínimas
poderão ser considerados essenciais ou benéficos às plantas,
O conteúdo mineral dos tecidos vegetais é variável, dependendo do tipo de planta,
das condições climáticas durante o período de crescimento, da composição química do
meio e da idade do tecido, entre outros, Por exemplo, uma folha madura provavelmente
contém uma concentração de nutrientes maior do que uma folha muito jovem. Por sua
vez, uma folha madura pode ter concentração de nutrientes maior do que uma folha
velha, devido ao processo de perda de minerais solúveis em água, ao ser lavado pela
água de chuva ou mediante mecanismos de translocação para folhas jovens.
Os elementos minerais essenciais são denominados nutrientes minerais e
classificados, conforme as quantidades exigidas pelas plantas, em: macronutrientes,
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que constituem aproximadamente 99,5% da massa seca, emicronutrientes, que constituem
cerca de 0,5 % (Epstein & Bloom, 2006). Dessa forma, são considerados macronutrientes
C, H, O, N, P, K, Ca, Mg e S e, como micronutrientes, B,Cl, Cu, Fe,Mn, Mo, Ni e Zn. Essa
classificação é utilizada sob o ponto de vista da nutrição mineral de plantas e da
fertilidade do solo.
Segundo Mengel & Kirkby (2001), do ponto de vista fisiológico, é difícil justificar a
classificação dos elementos essenciais às plantas como macro e micronutrientes, por ser
ela dependente da concentração do nutriente nos tecidos da planta. Para esses autores,
a classificaçãodesses elementos seguindo um critério que leve em consideração os
processos bioquímicos e as funções fisiológicas é mais apropriada, razão pela qual
estabeleceram uma classificação dos nutrientes em quatro grupos, segundo essas
características (Quadro 2).
Quadro 2. Classificação dos elementos essenciais às plantas
Nutriente Absorção Função bioquímica
1° Grupo
C,H,O,
N,5
Na forma de CO2, HCO)- H20, O2,
NO) -, NH. -, N2, 50.2., 502• na forma
de íons da solução do solo, de gases
e da atmosfera.
2° Grupo
P, B Na forma de fosfatos, ácido bórico
ou borato, absorvidos da solução do
solo.
3° Grupo
K, Mg, Ca,
Mn,CI
a forma de íons da solução do solo.
4° Grupo
Fe, Cu, Zn,
Mo
Na forma de íons ou quelatos da
solução do solo.
Maior constituinte de compostos orgânicos.
Elementos essenciais de grupos atômicos que são
envolvidos em processos enzimáticos. Assimilação
por reações de oxidação-redução.
Esterificação com grupos alcoólicos em plantas.
Os ésteres de fosfato estão envolvidos em reações
com transferência de energia.
Funções não-específicas, estabelecendo potencial
osmótico. Reações mais específicas, nas quais o íon
proporciona melhor arranjo da estrutura das
enzimas (ativação de enzima). Balanceamento
iônico. Controla a permeabilidade de membrana e o
potencial elétrico.
Presente predominantemente em formas quelatadas
incorporadas em grupos prostéticos. Habilita o
transporte de elétron por meio da mudança de
valência.
Fonte: Mengel & Kirkby (2001).
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I - ELEMENTOS ESSENCIAIS E BENÉFICOS ÀS PLANTAS SUPERIORES 5
LITERATURA CITADA
AR O ,D.I. & STOUT, P.R. The essentiality of certain elements in minute quantity for plants
with special reference to copper. Plant Physiol., 14:371-375, 1939.
EPSTE1N, E. & BLOOM, A.I. Nutrição mineral de plantas: Principios e perspectivas. 3.ed. •
Londrina, Planta, 2006. 403p.
FURLAN1, A.M.C. Nutrição mineral. In: KERBAUY, G.B. Fisiologia vegetal. Rio de Janeiro,
Guanabara Koogan, 2004. p.40-75.
MALAVOLTA, E. Elementos de nutrição mineral de planta. São Paulo, Agronômica Ceres,
1980. 254p.
MARSCHNER, H. Mineral nutrition of higher plants. 2.ed. London, Academic Press, 1995.
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MENGEL, K. & KIRKBY,E.A. PrincipIes of plant nutrition. 5.ed. Dordrecht, Kluwer Academic,
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PLOEG, R.R.; BOHM, M. & KIRKHAM, M.B. History of soil seience. On the origin of the theory
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1062,1999.
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