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¿Cómo las plantas ingieren minerales a través de sus hojas?

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¿Cómo ingieren las plantas el fertilizante cuando se rocía por toda la superficie de la hoja como alimento foliar?


Absorben minerales a través de los poros en las hojas conocidos como estomas, esto es algo similar a la forma en que un parche de medicamento se absorbe en la piel humana, excepto por el hecho de que la piel humana tiene poros de sudor en lugar de estomas.

Aquí hay una animación de ellos abriéndose y cerrándose en una planta de tomate proporcionada por Wikipedia:

fuentes:

Una buena reseña de Wocjik (2004) (de los comentarios)

http://www.wisegeek.com/what-is-foliar-feeding.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Foliar_feeding

http://cronodon.com/BioTech/Plant_Transport.html


Nutrición Mineral Vegetal

Las plantas verdes absorben y utilizan dióxido de carbono y agua en la fotosíntesis, por lo que la glucosa y otros carbohidratos resultantes contienen los elementos químicos carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O).

Otras clases de compuestos orgánicos se construyen utilizando otros elementos. Además de C, H y O, las proteínas contienen nitrógeno (N) y posiblemente azufre (S). Los ácidos nucleicos contienen N y fósforo (P).

Estos otros elementos se pueden obtener a partir de compuestos químicos del suelo. Estos se describen generalmente como minerales, iones minerales o iones inorgánicos.

Las plantas verdes suelen absorber iones minerales del suelo (junto con el agua) utilizando sus raíces y los incorporan a sus células. A veces, los minerales pueden absorberse a través de las hojas.

Las plantas necesitan varios iones minerales como nutrientes y, en algunos casos, difieren de los requisitos minerales de los animales. La nutrición mineral animal (y las vitaminas) es ahora un tema aparte en este sitio web.

Dado que hay una cantidad limitada de estos minerales disponibles en el suelo, pueden actuar como factores limitantes en el crecimiento de las plantas. Dicho de otra manera, la adición de varias sales minerales inorgánicas generalmente mejora el crecimiento de las plantas.

A diferencia de las células animales, las células vegetales están rodeadas por una solución muy diluida de nutrientes minerales. Esto da como resultado que el agua ingrese a las células de la planta por ósmosis, lo que las hace turgentes ya que la presión hidrostática actúa contra las paredes de las células de celulosa de la planta.

Además, a diferencia de los animales, las plantas no eliminan permanentemente los iones minerales. No tienen un requerimiento diario (para reemplazo). Obviamente, se requieren diferentes iones minerales en diferentes cantidades, y esto también dependerá de la fase de crecimiento de la planta. La cantidad absoluta de nutrición mineral en el suelo es difícil de medir y los nutrientes minerales adicionales se agregan de manera optimista. Un exceso de minerales posiblemente podría tener un efecto osmótico.

Por esta razón y a modo de comparación, he buscado las cantidades, expresadas como partes por millón (ppm), de los diversos minerales considerados óptimos para su uso en sistemas de crecimiento hidropónico, que obviamente no involucran al suelo.

Mineral
N: nitrógeno
como iones nitrato NO3 -

Otro material que contiene N puede descomponerse por acción microbiana para proporcionar este

Papel en las células vegetales
Se utiliza para producir aminoácidos para la producción de proteínas y para ácidos nucleicos ADN, ARN

Por lo tanto, promueve el crecimiento vegetativo y el desarrollo de flores, frutos y semillas.

Cantidad requerida
ppm

125-224

Papel en las células vegetales
Componente de ácidos nucleicos (ADN, ARN, nucleótidos, ATP, etc.)
Todas las membranas celulares son fosfolípidos.
Los grupos fosfato están involucrados en la activación de carbohidratos en la respiración y la fotosíntesis, y también en el control de los procesos enzimáticos y la expresión génica (fosforilación y fotofosforilación).

Por lo tanto, P promueve el crecimiento de raíces y brotes.

Causas de la deficiencia
Retraso general del crecimiento

Las hojas pueden ser más pequeñas y oscuras de lo habitual.

Buenas fuentes
fertilizante de fosfato inorgánico

Mineral
K: iones de potasio K +

Buenas fuentes
Sales de potasio inorgánicas: cloruro de potasio (cloruro que no sirve para las plantas), nitrato de potasio (el nitrato también proporciona nitrógeno)

Pot ash (residuo de madera quemada)

Mineral
Mg:
Iones de magnesio
Mg 2+

Forma la parte (central) de la molécula de clorofila.

Los iones magnesio son cofactores para la acción de las enzimas necesarias para etapas importantes de la fotosíntesis (específicamente la fijación de carbono): Ribulosa Bisfosfato Carboxilasa (RUBISCO) y Fosfoenolpiruvato Carboxilasa (PEPC).

Buenas fuentes
'Sales de Epsom' (sulfato de magnesio)

Papel en las células vegetales
Los iones de calcio están involucrados en la formación de microtúbulos como parte de la acción del huso en la división celular, especialmente importante en los meristemos en las puntas de las raíces y los brotes.

El pectato de calcio es un componente de las paredes celulares de las plantas.

El calcio se distribuye principalmente en las hojas, menos en semillas, frutos y raíces.

El calcio puede funcionar directamente en varios aspectos de la fotosíntesis. Parece modular la actividad de las enzimas fosfatasa en el ciclo de reducción de carbono.

Causas de la deficiencia
Crecimiento atrofiado de la planta, especialmente de las raíces.
Rizado de hojas y apariencia oscurecida.
Pudrición del extremo de la flor de frutas, agravado por el exceso de nitrato o el suministro inadecuado de agua

Algunas plantas se ven afectadas por el contenido de calcio de los suelos y su efecto sobre el pH del suelo y la disponibilidad de otros iones:
Calcifica p.ej. Ericas (brezos), rododendros, azaleas, etc.requieren suelos ácidos para que desarrollen los síntomas de la deficiencia de hierro, es decir, clorosis interveinal, en suelos alcalinos.
Calcicoles prosperar en suelos ricos en cal. En suelos ácidos, a menudo desarrollan síntomas de toxicidad por aluminio, es decir, necrosis, deficiencia de fosfato (enrojecimiento de las hojas) y retraso del crecimiento.

Buenas fuentes
A menudo se agrega tiza y cal a la tierra, y el agua dura contiene iones de calcio. Tiza nitro - una mezcla de carbonato de calcio y nitrato de amonio (¿nitrato de calcio y amonio?) da nitrato además de calcio.

Ciertas verduras de hoja (Brassicas, por ejemplo, repollo, etc.) crecen con más fuerza cuando se complementan con calcio y, a su vez, pueden hacer una contribución significativa a la dieta humana.

Algunas sales de calcio (fosfato, sulfato) son insolubles, por lo que los fosfatos y sulfatos pueden reducir la disponibilidad de calcio para la planta.

Causas de la deficiencia
Crecimiento deficiente, hojas no tan verdes (más verde amarillento) - 'clorosis'
- venas de las hojas moradas
- especialmente notable en hojas más viejas

La deficiencia de azufre puede ocurrir cuando el pH del suelo es demasiado alto o hay una gran cantidad de calcio presente.

Buenas fuentes
'Sales de Epsom' (sulfato de magnesio)

Otros elementos, (posiblemente) necesarios en cantidades más pequeñas

Manganeso (Mn)
Zinc (Zn)
Boro (B)
Cobre (Cu)
Molibdeno (Mo)

Fertilizantes inorgánicos

Los suplementos minerales se pueden agregar al suelo en forma de sales minerales simples: 'químicos' en el lenguaje de algunas personas.

La mayoría de estos se producen en fábricas químicas, a menudo utilizando minerales importados de otras partes del mundo y su fabricación utiliza una cantidad considerable de energía, probablemente de combustibles fósiles, por lo que estos compuestos químicos aparentemente simples tienen un costo ecológico inicial.

  • una temperatura de 450 ° C
  • una presión de 200 atmósferas
  • en presencia de un catalizador de hierro.

Urea - CO (NH2)2 - es un producto barato que contiene nitrógeno - técnicamente no es una sal inorgánica. Es un compuesto orgánico que se extrae fácilmente de la orina animal y forma cristales blancos que se manipulan fácilmente. En el suelo se convierte rápidamente por acción bacteriana en iones de amonio y nitrato.

Fósforo Los compuestos para uso en fertilizantes se obtienen a partir de rocas de fosfato originalmente formadas a partir de la deposición de fosfatos en un medio marino antiguo. Se extraen de la superficie de depósitos sedimentarios en China, Oriente Medio, el norte de África y Estados Unidos. Estos minerales no son muy solubles, por lo que deben reaccionar con ácidos, generalmente sulfúricos, luego el ácido fosfórico se neutraliza con amoníaco para dar fosfato de amonio.

Potasio generalmente es proporcionado por las sales de cloruro de potasio o sulfato de potasio que se extraen de depósitos subterráneos de evaporita, originalmente derivada del agua de mar.

Esto también contiene cloruro de sodio y minerales de arcilla que se pueden separar de la solución mediante un proceso de cristalización que implica la adición de reactivos de amina que recubren solo los cristales de cloruro de potasio y los hacen flotar a la superficie para ser eliminados cuando se bombea aire.

Fertilizantes NPK consisten en mezclas de sales minerales como potasio y nitrato y fosfato de amonio. Estos se suministran en forma de gránulos, cristales o polvo para esparcirse en la tierra o disolverse como un concentrado para ser diluido antes de su aplicación a las plantas en macetas y bolsas de cultivo.

Estos productos se anuncian con proporciones de N: P: K, para mostrar las contribuciones de estos tres elementos principales. A menudo dan detalles de los métodos de análisis utilizados en relación con los estándares químicos.
Por ejemplo, P2O5 - pentóxido de fósforo y K2El O (óxido de potasio) se menciona a menudo, aunque es poco probable que esté realmente presente, y "nitrógeno amoniacal" se refiere a las sales de amonio en lugar de a los nitratos.

Muchos fertilizantes sólidos granulares para jardín se basan en un producto Growmore nacional se puso a prueba en la última guerra para animar al público a cultivar hortalizas y ayudar en el esfuerzo bélico, ¡con el lema 'Excava en busca de la victoria'!
Normalmente, tiene un valor NPK de 7-7-7. Su tasa de aplicación recomendada es de 70 g por metro cuadrado y generalmente se rastrilla ligeramente en la superficie del suelo.

El alimento líquido para tomates tiene un valor NPK cercano a 4-3-8 o 4-5-9 pero generalmente se diluye más de 200x o 500x ..

Fertilizantes orgánicos

Aquí, el término "orgánico" se utiliza en su contexto original: derivado de organismos vivos.

El estiércol y la orina de los animales, y los productos vegetales como los recortes de césped y las hojas caídas, e incluso las algas, proporcionan una serie de compuestos que las plantas pueden utilizar para el crecimiento, pero la composición y las cantidades exactas son bastante indefinidas. De hecho, los iones inorgánicos son liberados por la acción de bacterias en el suelo que descomponen la materia orgánica. A veces se somete a un proceso parcialmente controlado: compostaje - lo que da como resultado un producto algo más aceptable. Además, esto mejora la estructura del suelo y la capacidad de retención de agua.

Se ve como un ejemplo de fertilizante de liberación lenta o de liberación controlada, lo que significa que los iones se liberan gradualmente durante más tiempo que las fuentes puramente inorgánicas.

Ciertos productos de origen animal aportan al suelo componentes bastante concentrados y definidos:

Pescado y hueso de sangre es presumiblemente un subproducto del procesamiento del pescado. Su calificación NPK generalmente es cercana a 5.5: 8: 6.

Harina de huesos es un producto derivado del procesamiento de la carne y contiene fósforo (el hueso es principalmente fosfato cálcico) y nitrógeno (de las proteínas de la médula ósea), por lo que se dice que estimula el crecimiento de las raíces. Se ha descubierto que algunos productos importados están infectados con ántrax, lo cual es preocupante porque esta bacteria anaeróbica produce esporas que pueden permanecer en el suelo durante años. Su clasificación NPK es típicamente 3: 9: 0.

La desventaja de los fertilizantes

Los nutrientes inorgánicos son accesibles instantáneamente a las raíces de las plantas, por lo que generalmente causan un crecimiento acelerado y cancelan cualquier deficiencia de minerales.

Sin embargo, pueden causar otros problemas según el tipo de suelo y las condiciones climáticas. En condiciones de lluvia o después de una inundación, estas sales altamente solubles pueden lavarse (eluido) del suelo, especialmente de los suelos arenosos, que drenan libremente. Esta lixiviación El proceso es menos probable con suelos arcillosos que retienen más agua.

Se puede notar un efecto similar y más severo cuando el líquido asociado con el estiércol animal se escapa al medio ambiente.

Aumento de nutrientes inorgánicos solubles (eutrofización) en cursos de agua (arroyos y ríos) es probable que aumente el crecimiento de algas en el agua. A medida que el agua se vuelve más profunda y más lenta, las algas morirán debido a la reducción de la penetración de la luz. Esto puede conducir a la acumulación de bacterias que consumen el oxígeno disuelto en el agua, causando la muerte de la vida acuática.

El agua puede eliminarse (abstraído) de cursos de agua para su uso en el suministro de agua doméstica. Los niveles elevados de nitrato en esta agua se han relacionado con una serie de problemas de salud humana.

Metahemoglobinemia es un cambio en la estructura de la hemoglobina, causado por iones de nitrito derivados de iones de nitrato que han sido ingeridos. Esto reduce la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre y puede ser un problema para los niños, especialmente los menores de 6 meses.

Hay muy poca evidencia de que los nitratos (o nitritos) en el agua potable causen cáncer. Sin embargo, los nitratos y especialmente los nitritos añadidos a los productos cárnicos, p. Ej. tocino para acelerar el proceso de 'curado' además de la salazón son ahora bien conocidos para producir compuestos nitrosos que son cancerígenos.

El estándar actual para el agua potable para los nitratos es inferior a 50 mg / l.

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Vitaminas y minerales desde una perspectiva humana / animal

Enlaces web

Una receta para el éxito hidropónico Proporcionar todos los elementos esenciales en la cantidad adecuada y en la proporción adecuada entre sí puede parecer una tarea abrumadora incluso para los cultivadores más dotados en matemáticas. por NEIL S. MATTSON & CARI PETERS


Nutrición

Los organismos necesitan ingerir alimentos.

1) Para obtener energía
2) Obtener materiales para el crecimiento y
3) Obtener materiales para la reparación de partes dañadas del cuerpo.

El proceso de ingesta de alimentos por parte de un organismo, así como la utilización de este alimento por parte del organismo, se denomina Nutrición.

Las plantas pueden producir su propio alimento, pero los animales no pueden hacerlo por sí mismos. Los seres humanos y los animales dependen de las plantas para su alimentación, directa o indirectamente.


Las plantas necesitan más de tres nutrientes

No le sorprenderá saber que las plantas necesitan mucho más que tres elementos para sobrevivir. Las plantas también necesitan muchos otros nutrientes en cantidades más pequeñas: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), fósforo (P), potasio (K), yodo (I), nitrógeno (N), azufre (S), El calcio (Ca) y el hierro (Fe) forman la otra abreviatura comúnmente escuchada, CHOPKINS CaFe.

Esto todavía deja fuera el magnesio, el zinc, el cobre y varias otras necesidades elementales comunes de las plantas.

En resumen, las plantas necesitan muchos elementos específicos en su suelo para sobrevivir. Usan estos elementos para cultivar y construir materia orgánica. Algunos elementos juegan un papel importante en impulsar la fotosíntesis (repaso rápido, las plantas usan un proceso llamado fotosíntesis para convertir la energía de la luz, más agua y dióxido de carbono, en energía).

La mayor parte del suelo debajo de tus pies en este momento es básicamente minúsculos fragmentos de roca. Los elementos de arriba están en las partículas del suelo, pero las plantas no pueden llegar a ellos. Las plantas no pueden simplemente comer la tierra y extraer los nutrientes & # 8211 necesitan mucha agua para estar presentes. El agua ayuda a filtrar los elementos del suelo en trozos pequeños y simples. Las plantas pueden entonces "beber" el agua a través de sus raíces, mezclando los nutrientes a medida que avanzan.

Un suelo bueno y fértil tendrá muchos de estos nutrientes. Sin embargo, muchos de estos nutrientes se eliminan fácilmente con la lluvia. El uso de fertilizantes u otros suplementos para el suelo ayudará a mantener sus plantas felices y saludables.


Absorción de sales minerales del suelo por las plantas (con diagrama)

Anteriormente, se pensaba que la absorción de sales minerales del suelo tenía lugar junto con la absorción de agua, pero ahora está bien establecido que la absorción y absorción de sales minerales y la absorción de agua son dos procesos diferentes. Las sales minerales se absorben de la solución del suelo en forma de iones. Se absorben principalmente a través de las regiones meristemáticas de las raíces cerca de las puntas.

Sin embargo, algunas sales minerales también pueden absorberse en otros lugares de la superficie de la raíz o en toda la superficie de la raíz, incluida la zona de elongación y los pelos radiculares que dependen de la alta disponibilidad de dichos minerales a su alrededor y / o la fuerte demanda de tejido en dichos lugares.

La membrana plasmática de las células de la raíz no es permeable a todos los iones. Es selectivamente permeable y tímido. No todos los iones de la misma sal se absorben a la misma velocidad, pero hay una absorción desigual de iones. El primer paso en la absorción de sales minerales es el proceso de intercambio iónico que no requiere energía metabólica pero facilita enormemente la absorción de sales minerales.

Intercambio iónico:

Los iones adsorbidos en la superficie de las paredes o membranas de las células de la raíz pueden intercambiarse con los iones del mismo signo de la solución externa. Por ejemplo, el catión K + de la solución de suelo externa puede intercambiarse con iones H + adsorbidos en la superficie de las células de la raíz. De manera similar, un anión puede intercambiarse con el ion OH & # 8211. Hay dos teorías sobre el mecanismo y el shinismo del intercambio iónico:

(I) Teoría del intercambio de contactos:

Según esta teoría, los iones adsorbidos en la superficie de las células de la raíz y las partículas de arcilla (o micelas de arcilla) no se mantienen apretadas sino que oscilan dentro de un pequeño volumen de espacio. Si las raíces y las partículas de arcilla están en estrecho contacto entre sí, el volumen de oscilación de los iones adsorbidos en la superficie de la raíz puede superponerse al volumen de oscilación de los iones adsorbidos en las partículas de arcilla, y los iones adsorbidos en las partículas de arcilla pueden intercambiarse con los iones adsorbidos. en la superficie de la raíz di & tímidamente sin disolverse primero en la solución del suelo (Fig. 7.1 A).

(ii) Teoría del intercambio de ácido carbónico:

Según esta teoría, el CO2 liberado durante la respiración de las células de la raíz se combina con el agua para formar ácido carbónico (H2CO3). El ácido carbónico se disocia en H + y un anión HCO3 & # 8211 en solución de suelo. Estos iones H + pueden intercambiarse por cationes adsorbidos en partículas de arcilla.

Los cationes así liberados en la solución del suelo a partir de las partículas de arcilla, pueden ser adsorbidos en las células de la raíz a cambio de iones H + o como pares de iones con bicarbonato (Fig. 7.1 B). Por lo tanto, la solución del suelo juega un papel importante en la teoría del intercambio de ácido carbónico.

El proceso posterior de absorción de sales minerales puede ser de dos tipos:

(1) Absorción pasiva de sales minerales:

Cuando la concentración de sales minerales es mayor en la solución externa que en la savia celular de las células de la raíz, las sales minerales se absorben de acuerdo con el gradiente de concentración mediante un simple proceso de difusión. Esto se denomina absorción pasiva porque no requiere gasto de energía metabólica.

Ahora se sabe que durante la absorción pasiva, las sales minerales pueden difundirse a través de las membranas celulares directamente a través de la bicapa lipídica, pero principalmente a través de canales proteicos selectivos de iones de membrana trans y tímida o proteínas transportadoras transmembrana. El transporte pasivo de sales minerales a través de la membrana mediado por portadores o canales también se denomina difusión facilitada (fig. 7.6).

(2) Absorción activa de sales minerales:

A menudo se ha observado que la savia celular de las plantas acumula grandes cantidades de iones de sales minerales contra el gradiente de concentración. Por ejemplo, en el alga Nitella, la savia celular acumulaba iones de fosfato y K + hasta tal punto que sus concentraciones eran miles de millones y cientos de veces mayores que en el agua del estanque en el que crecía la planta.

Esto no puede explicarse por la simple difusión o el equilibrio de Donnan y ha llevado a la gente a creer que la absorción y acumulación de sales minerales contra el gradiente de concentración es un proceso activo que implica el gasto de energía metabólica a través de la respiración.

Las siguientes evidencias favorecen este punto de vista:

(i) Los factores como baja temperatura., deficiencia de O2, inhibidores metabólicos, etc. que inhiben las actividades metabólicas como la respiración en las plantas también inhiben la acumulación de iones.

(ii) La tasa de respiración aumenta cuando una planta se transfiere del agua a la solución salina (respiración salina).

Se ha aceptado ahora que la absorción activa de sales minerales implica el funcionamiento de un compuesto portador presente en la membrana plasmática de las células.

El concepto de transportista:

Según esta teoría, la membrana plasmática es impermeable a los iones libres. Pero algún compuesto presente en él actúa como portador y se combina con los iones para formar un complejo portador-iónico que puede moverse a través de la membrana. En la superficie interna de la membrana, este complejo se rompe liberando iones en la célula, mientras que el portador regresa a la superficie externa para recoger iones frescos (Fig. 7.2).

Las siguientes observaciones apoyan firmemente el concepto de portador de absorción activa de sales min y shyeral:

(i) Intercambio isotópico:

Varias veces, se ha encontrado que los iones radiactivos absorbidos activamente (como 35 S04) no se puede difundir ni intercambiar con otros iones en la solución exterior, lo que indica que la membrana plasmática no es permeable a los iones libres.

(ii) Efectos de saturación:

Más allá de un cierto límite, el aumento de la concentración de sales en la solución externa no provoca un aumento en la tasa de absorción de sales minerales. Esto se debe a que los sitios activos del compuesto portador se saturan de iones.

(iii) Especificidad:

Los sitios activos en el compuesto portador pueden ser específicos y pueden unirse solo a algunos iones específicos. Esto también explica la absorción selectiva y desigual de iones por parte de las plantas. Hay dos hipótesis comunes basadas en el concepto de portador para explicar el mecanismo de absorción de la sal activa, aunque no son universalmente aceptadas.

(1) Teoría de la bomba de citocromo de Lundegardh & # 8217s:

Lundegardh y Burstrom (1933) creían que existía una correlación definida entre la respiración y la absorción de aniones. Así, cuando una planta se transfiere del agua a una solución salina, la frecuencia respiratoria aumenta. Este aumento de la frecuencia respiratoria sobre la respiración normal se ha denominado respiración aniónica o respiración salina.

La inhibición de la respiración salina y la absorción concomitante de aniones por el CO y los cianuros (que son inhibidores conocidos de la citocromo oxidasa de la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias), llevaron más tarde a Lundegardh (1950, 54) a proponer la teoría de la bomba de citocromo que se basa en el siguientes supuestos:

(i) El mecanismo de absorción de aniones y cationes es diferente.

(ii) Los aniones se absorben a través de la cadena del citocromo mediante un proceso activo.

(iii) Los cationes se absorben pasivamente.

Según esta teoría (Fig. 7.3):

(i) Las reacciones de deshidrogenasa en el lado interno de la membrana dan lugar a protones (H +) y electrones (e & # 8211).

(ii) El electrón viaja por la cadena del citocromo hacia el exterior de la membrana, de modo que el Fe del citocromo se reduce (Fe ++) en la superficie exterior y se oxida (Fe ++) en la superficie interior.

(iii) En la superficie exterior, el citocromo reducido se oxida por el oxígeno que libera el electrón (e & # 8211) y toma un anión (A & # 8211).

(iv) El electrón así liberado se une con H + y oxígeno para formar agua.

(v) El anión (A & # 8211) viaja por la cadena del citocromo hacia el interior.

(vi) En la superficie interna, el citocromo oxidado se reduce al tomar un elec & shytron producido a través de las reacciones de deshidrogenasa, y se libera el anión (A & # 8211).

(vii) Como resultado de la absorción de aniones, un catión (M +) se mueve pasivamente de afuera hacia adentro para equilibrar el anión.

Los principales defectos de la teoría anterior son:

(i) Prevé la absorción activa de solo aniones.

(ii) No explica la captación selectiva de iones.

(iii) Se ha encontrado que los cationes también estimulan la respiración.

(2) Teoría de la proteína-lecitina de Bennet-Clark & ​​# 8217s:

En 1956, Bennet-Clark sugirió que debido a que las membranas celulares están compuestas principalmente de fosfotfolípidos y proteínas y ciertas enzimas parecen estar ubicadas en ellas, el portador podría ser una proteína asociada con el fosfátido llamado lecitina. También asumió que la presencia de diferentes fosfátidos se corresponde con el número de grupos competitivos conocidos de cationes y aniones (que se tomarán dentro de la célula).

De acuerdo con esta teoría (Fig. 7.4), (i) el grupo fosfato en el fosfátido se considera el centro activo que une los cationes y el grupo colina básico como el centro de unión del anión.

(ii) Los iones se liberan en la superficie interna de la membrana por descomposición de la lecitina por la enzima lecitinasa.

(iii) La regeneración del portador lecitina a partir de ácido fosfatídico y colina tiene lugar en presencia de las enzimas colina acetilasa y colina esterasa y ATP. Este último actúa como fuente de energía.

Una vez dentro de las células epidérmicas de la raíz, las sales minerales en su forma iónica se mueven de una célula a otra mediante:


Preguntas de revisión

Para que un elemento se considere esencial, se deben cumplir todos los criterios siguientes, excepto:

  1. Ningún otro elemento puede realizar la función.
  2. El elemento está directamente involucrado en la nutrición de las plantas.
  3. El elemento es inorgánico.
  4. La planta no puede completar su ciclo de vida sin el elemento.

El nutriente que forma parte de los carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos, y que forma biomoléculas, es ________.

La mayoría de los ________ son necesarios para la función enzimática.

¿Cuál es la principal fuente de agua para las plantas terrestres?


El agua se mueve hacia la raíz desde el suelo y luego de manera constante se mueve hacia el xilema de la raíz, creando una columna de agua, que se empuja progresivamente hacia arriba.

La evaporación de las moléculas de agua de las células de una hoja (vea la imagen de arriba) crea un proceso de succión, que extrae agua de las células del xilema de las raíces, este proceso continúa.

La pérdida de agua en forma de vapor de las hojas (es decir, partes aéreas) de la planta se conoce como transpiración.

La transpiración, igualmente, ayuda en la absorción y el movimiento ascendente del agua y los minerales disueltos en ella desde las raíces hasta las hojas.

La transpiración también ayuda a regular la temperatura (en las plantas).

El transporte de productos solubles de la fotosíntesis se conoce como translocación, que ocurre en la parte del tejido vascular conocida como líber.

Junto con los productos de la fotosíntesis, el floema también transporta aminoácidos y otras sustancias, que finalmente se entregan a las raíces, frutos, semillas y órganos en crecimiento.


Movimiento de agua y minerales en el xilema

La mayoría de las plantas obtienen el agua y los minerales que necesitan a través de sus raíces. El camino tomado es: suelo - & gt raíces - & gt tallos - & gt hojas. Los minerales (por ejemplo, K +, Ca2 +) viajan disueltos en el agua (a menudo acompañados de varias moléculas orgánicas suministradas por las células de la raíz). El agua y los minerales ingresan a la raíz por caminos separados que eventualmente convergen en la estela, o haz vascular central en las raíces.

La transpiración es la pérdida de agua de la planta por evaporación en la superficie de la hoja. Es el principal impulsor del movimiento del agua en el xilema. La transpiración es causada por la evaporación del agua en la hoja, o la interfaz de la atmósfera crea una presión negativa (tensión) equivalente a & ndash2 MPa en la superficie de la hoja. Sin embargo, este valor varía mucho según el déficit de presión de vapor, que puede ser insignificante con una humedad relativa alta (HR) y sustancial con una HR baja. Esta tensión tira del agua de las raíces. Por la noche, cuando los estomas se cierran y la transpiración se detiene, el agua se retiene en el tallo y la hoja por la cohesión de las moléculas de agua entre sí, así como por la adhesión del agua a las paredes celulares de los vasos del xilema y las traqueidas. Esto se llama teoría de cohesión y tensión del ascenso de la savia.

La teoría de la cohesión-tensión explica cómo el agua sube a través del xilema. Dentro de la hoja, a nivel celular, el agua en la superficie de las células del mesófilo satura las microfibrillas de celulosa de la pared celular primaria. La hoja contiene muchos espacios de aire intercelulares grandes para el intercambio de oxígeno por dióxido de carbono, que es necesario para la fotosíntesis. La pared de la celda húmeda se expone al espacio de aire interno y el agua en la superficie de las celdas se evapora en los espacios de aire. Esto disminuye la película delgada en la superficie de las células del mesófilo. La disminución crea una mayor tensión en el agua en las células del mesófilo, aumentando así la atracción del agua en los vasos del xilema. Los vasos del xilema y las traqueidas están estructuralmente adaptados para hacer frente a grandes cambios de presión. Las pequeñas perforaciones entre los elementos del recipiente reducen la cantidad y el tamaño de las burbujas de gas que se forman a través de un proceso llamado cavitación. La formación de burbujas de gas en el xilema es perjudicial ya que interrumpe el flujo continuo de agua desde la base hasta la parte superior de la planta, provocando una ruptura (embolia) en el flujo de la savia del xilema. Cuanto más alto es el árbol, mayores son las fuerzas de tensión necesarias para extraer agua en una columna continua, lo que aumenta el número de eventos de cavitación. En árboles más grandes, las embolias resultantes pueden obstruir los vasos del xilema, haciéndolos no funcionales.

Figura ( PageIndex <1> ): Teoría de la cohesión y la tensión del ascenso de la savia: Se muestra la teoría de cohesión y tensión del ascenso de la savia. La evaporación de las células del mesófilo produce un gradiente de potencial hídrico negativo que hace que el agua se mueva hacia arriba desde las raíces a través del xilema.


Sistema de absorción de agua en plantas: mecanismo de vías y otros detalles

Las plantas tienen la potencialidad de absorber agua a través de toda su superficie desde la raíz, el tallo, las hojas, las flores, etc. Sin embargo, como el agua está disponible principalmente en el suelo, solo el sistema de raíces subterráneas está especializado para absorber agua. Las raíces suelen ser extensas y crecen rápidamente en el suelo.

En las raíces, la región más eficiente de absorción de agua es la zona del pelo de la raíz. Cada zona de pelos radiculares tiene miles de pelos radiculares. Los pelos de la raíz están especializados en la absorción de agua. Son excrecencias tubulares de 50-1500 μm (0.05-1.5 mm) de longitud y 10 nm de ancho.

Cada pelo de la raíz tiene una vacuola central llena de savia celular osmóticamente activa y un citoplasma periférico. La pared es delgada y permeable con sustancias pécticas en la capa externa y celulosa en la capa interna. Los pelos de las raíces pasan a los microporos capilares, se cementan a las partículas del suelo mediante compuestos pécticos y absorben el agua capilar.

Vías de los movimientos del agua en las raíces:

Hay dos vías de paso del agua desde los pelos radiculares hasta el xilema dentro de la raíz, apoplasto y simplasto.

(i) Vía del apoplasto:

Aquí el agua pasa del pelo de la raíz al xilema a través de las paredes de las células intermedias sin cruzar ninguna membrana o citoplasma. La vía ofrece la menor resistencia al movimiento del agua. Sin embargo, se interrumpe por la presencia de tiras impermeables de lignosuberina caspariana en las paredes de las células endodérmicas.

(ii) Vía Symplast:

El agua pasa de una célula a otra a través de su protoplasma. No entra en las vacuolas celulares. Los citoplasmas de las células adyacentes están conectados a través de puentes llamados plasmodesmos. Para entrar en symplast, el agua tiene que pasar a través del plasmalema (membrana celular) al menos en un lugar. También se llama vía transmembrana. El movimiento simplástico se ve favorecido por el flujo citoplásmico de células individuales. Sin embargo, es más lento que los movimientos apoplásticos.

Ambas vías están involucradas en el movimiento a través de la raíz. El agua fluye a través del apoplasto en la corteza. Entra en la vía del symplast en la endodermis, donde las paredes son impermeables al flujo de agua debido a la presencia de tiras casparias.

Aquí, solo los plasmodesmos son útiles para permitir el paso del agua al periciclo desde donde ingresa al xilema. Los nutrientes minerales también tienen la misma vía que la del agua. Sin embargo, su absorción y paso al symplast se produce principalmente a través de la absorción activa. Una vez dentro del xilema, el movimiento es puramente a lo largo del gradiente de presión.

Absorción de agua micorrízica:

En las micorrizas, una gran cantidad de hifas fúngicas están asociadas con las raíces jóvenes. Las hifas de los hongos se extienden hasta una distancia suficiente en el suelo. Tienen una gran superficie. Las hifas están especializadas para absorber agua y minerales.

Los dos se entregan a la raíz, que proporciona al hongo tanto azúcares como compuestos que contienen nitrógeno. La asociación micorrízica entre el hongo y la raíz suele ser obligatoria. Las semillas de pinos y orquídeas no germinan y se establecen en plantas sin asociación micorrízica.

Mecanismo de absorción de agua:

La absorción de agua es de dos tipos, pasiva y activa (Renner, 1912, 1915).

1. Absorción pasiva de agua:

La fuerza para este tipo de absorción de agua se origina en las partes aéreas de la planta debido a la pérdida de agua en la transpiración. Esto crea una tensión o un potencial hídrico bajo de varias atmósferas en los canales del xilema. La creación de tensión en los canales del xilema de la planta es evidente por:

(i) Comúnmente se encuentra una presión negativa en la savia del xilema. Es por eso que el agua no se derrama si se corta un brote.

(ii) El agua puede ser absorbida por un brote incluso en ausencia del sistema radicular.

(iii) La tasa de absorción de agua es aproximadamente igual a la tasa de transpiración.

Los pelos de las raíces funcionan como pequeños sistemas osmóticos. Cada pelo de la raíz tiene una pared celular delgada y permeable, un citoplasma semipermeable y una savia celular osmóticamente activa presente en la vacuola central. Debido a esto último, una célula pilosa de la raíz tiene un potencial hídrico de -3 a -8 bares.

Water potential of the soil water is -.1 to – .3 bars. As a result water of the soil passes into the root hair cell. However, water does not pass into its vacuole. Instead it passes into apoplast and symplast of cortical, endodermal and pericycle cells and enter the xylem channels passively because of the very low water potential due to tension under which water is present in them, caused by transpiration in the aerial parts. A gradient of water potential exists between root hair cell, cortical cell, endodermal, pericycle and xylem channels so that flow of water is not interrupted.

2. Active Water Absorption:

It is the absorption of water due to forces present in the root. Living cells in active metabolic condition are essential for this. Auxins are known to enhance water absorption (even from hypertonic solution) while respiratory inhibitors reduce the same.

Therefore, energy (from respiration) is involved in active water absorption. Water absorption from soil and its inward movement may occur due to osmosis. Passage of water from living cells to the xylem channels can occur by:

(i) Accumulation of sugars or salts in the tracheary elements of xylem due to either secretion by the nearby living cells or left there during decay of their protoplasts.

(ii) Development of bioelectric potential favourable for movement of water into xylary channels.

(iii) Active pumping of water by the surrounding living cells into tracheary elements.

Ascent of Sap:

Sap is water with dissolved ingredients (minerals). The upward movement of water from roots towards the tips of stem branches and their leaves is called ascent of sap. It occurs through the tracheary elements of xylem. That the ascent of sap occurs through xylem can be proved by stain test and ringing experiment.

Theories of Ascent of Sap:

Water or sap is lifted from near the root tip to the shoot tip against the force of gravity, sometimes to height of 100 metres. The rate of translocation is 25-75 cm/minute (15- 45 m/hr). Several theories have been put forward to explain the mechanism of ascent of sap. The three main theories are vital force, root pressure and cohesion tension.

A common vital force theory about the ascent of sap was put forward by J.C. Bose (1923). It is called pulsation theory. The theory believes that the innermost cortical cells of the root absorb water from the outer side and pump the same into xylem channels.

However, living cells do not seem to be involved in the ascent of sap as water continues to rise upward in the plant in which roots have been cut or the living cells of the stem are killed by poison and heat (Boucherie, 1840 Strasburger, 1891).

2. Root Pressure Theory:

The theory was put forward by Priestley (1916). Root pressure is a positive pressure that develops in the xylem sap of the root of some plants. It is a manifestation of active water absorption. Root pressure is observed in certain seasons which favour optimum metabolic activity and reduce transpiration.

It is maximum during rainy season in the tropical countries and during spring in temperate habitats. The amount of root pressure commonly met in plants is 1-2 bars or atmospheres. Higher values (e.g., 5-10 atm) are also observed occasionally. Root pressure is retarded or becomes absent under conditions of starvation, low temperature, drought and reduced availability of oxygen. There are three view points about the mechanism of root pressure development:

Tracheary elements of xylem accumulate salts and sugars. High solute concentration causes withdrawal of water from the surrounding cells as well as from the normal pathway of water absorption. As a result a positive pressure develops in the sap of xylem.

A bioelectric potential exists between the xylem channels and surrounding cells which favour the passage of water into them.

Differentiating xylem elements produce hormones that function as metabolic sinks and cause movement of water towards them. The living cells surrounding xylem can actively pump water into them.

Objections to Root Pressure Theory:

(i) Root pressure has not been found in all plants. No or little root pressure has been seen in gymnosperms which have some of the tallest trees of the world.

(ii) Root pressure is seen only during the most favourable periods of growth like spring or rainy season. At this time the xylem sap is strongly hypertonic to soil solution and transpiration rate is low. In summer when the water requirements are high, the root pressure is generally absent.

(iii)The normally observed root pressure is generally low which is unable to raise the sap to the top of trees.

(iv) Water continues to rise upwards even in the absence of roots.

(v) The rapidly transpiring plants do not show any root pressure. Instead a negative pressure is observed in most of the plants.

(vi) Root pressure disappears in unfavourable environmental conditions while ascent of sap con­tinues uninterrupted.

(vii) Root pressure is generally observed at night when evapotranspiration is low. It may be helpful in re-establishing continuous water chains in xylem which often break under enormous ten­sion created by transpiration.

3. Physical Force Theories:

These theories consider dead cells of xylem responsible for as­cent of sap. Capillary theory of Boehm 1863, Imbibition Theory of Unger 1868 and Cohesion-Tension Theory of Dixon and Joly 1894 are few physical theories. But cohesion-tension theory (also called cohesion-tension transpiration pull theory) of Dixon and Joly is most widely accepted one.

Cohesion Tension Theory (Cohesion-Tension and Transpiration Pull Theory):

The theory was put forward by Dixon and Joly in 1894. It was further improved by Dixon in 1914. Therefore, the theory is also named after him as Dixon’s theory of ascent of sap. Today most of the workers believe in this theory. The main features of the theory are:

(a) Continuous Water Column:

There is a continuous column of water from root through the stem and into the leaves. The water column is present in tracheary elements. The latter do operate separately but form a continuous system through their unthickened areas.

Since there are a large number of tracheary elements running together, the blockage of one or a few of them does not cause any breakage in the continuity of water column (Scholander, 1957). The column of water does not fall down under the impact of gravity because forces of transpiration provide both energy and necessary pull. Cohesion, adhesion and surface tension keep the water in place.

(b) Cohesion or Tensile Strength:

Water molecules remain attached to one another by a strong mutual force of attraction called cohesion force. The mutual attraction is due to hydrogen bonds formed amongst adjacent water molecules. On account of cohesion force, the water column can bear a tension or pull of upto 100 atm (Mac Dougal, 1936). Therefore, the cohesion force is also called tensile strength.

Its theoretical value is about 15000 atm but the measured value inside the tracheary elements ranges between 45 atm to 207 atm (Dixon and Joly, 1894). Water column does not further break its connection from the tracheary elements (vessels and tracheids) because of another force called adhesion force between their walls and water molecules. Water molecules are attracted to one another more than the water molecules in the gaseous state. It produces surface tension that accounts for high capillarity through tracheids and vessels.

(c) Development of Tension or Transpiration Pull:

Intercellular spaces present amongst mesophyll cells of the leaves are always saturated with water vapours. The latter come from the wet walls of mesophyll cells. The intercellular spaces of mesophyll are connected to the outside air through stomata. Outside air is seldom saturated with water vapours.

It has a lower water potential than the moist air present inside the leaf. Therefore, water vapours diffuse out of the leaves. The mesophyll cells continue to lose water to the intercellular spaces. As a result curvature of meniscus holding water increases resulting in increase in surface tension and decrease in water potential, sometimes to -30 bars.

The mesophyll cells withdraw water from the deeper cells as its molecules are held together by hydrogen bonds. The deeper cells in turn obtain water from the tracheary elements. The water in the tracheary elements would, therefore, come under tension. A similar tension is felt in millions of tracheary elements lying adjacent to the transpiring cells. It causes the whole water column of the plant to come under tension. As the tension develops due to transpiration, it is also called transpiration pull. On account of tension created by transpiration, the water column of the plant is pulled up passively from below to the top of the plant like a rope.

Evidences:

(i) The rate of water absorption and hence ascent of sap closely follows the rate of transpiration. Shoot attached to a tube having water and dipping in a beaker having mercury can cause the movement of mercury into the tube showing transpiration pull.

(ii) In a branch cut from a rapidly transpiring plant, water snaps away from the cut end showing that the water column is under tension.

(iii) The maximum tension observed in water column is 10-20 atm. It is sufficient to pull the water to the top of the tallest trees of even more than 130 metres in height. The tension cannot break the continuity of water column as cohesive force of xykm sap is 45 to 207 atm.

(iv) Gymnosperms are at a disadvantage in the ascent of sap because of the presence of tracheids instead of vessels in angiosperms. However, tracheidal xylem is less prone to gravitation un­der tension. Therefore, most of the tall trees of the world are redwoods and conifers.

Objections:

(i) The gases dissolved in sap shall form air bubbles under tension and high temperature. Air bubbles would break the continuity of water column and stop ascent of sap due to transpira­tion pull.

(ii) A tension of up to 100 atm has been reported in the xylem sap by Mac Dougal (1936) while the cohesive force of sap can be as low as 45 atm.

(iii) Overlapping cuts do not stop ascent of sap though they break the continuity of water column.

Mineral Uptake by Roots:

Plants obtain their supply of carbon and most of their oxygen from CO2 of atmosphere, hydrogen from water while the rest are minerals which are picked up individually from the soil. Minerals exist in the soil as ions which cannot directly cross the cell membranes.

The concentration of ions is some 100 times more in root interior than in the soil. Therefore, all minerals cannot be passively absorbed. The movement of ions from soil to interior of root is against concentration gradient and requires an active transport. Specific ion pumps occur in the membrane of root hairs.

They pump mineral ions from soil to cytoplasm of epidermal cells of root hairs. Energy is provided by ATP. Respiratory inhibitors like cyanide which inhibit ATP synthesis, generally reduce the ion uptake. The small amount which passes into the root even without ATP, must be through a passive technique.

For active transport, ATPases are present over the plasma membranes of root epidermal cells. They establish an electrochemical proton gradient for supplying energy for movement of ions. The ions are again checked and transported inwardly by transport proteins present over the endodermal cells.

Endodermis allows the passage of ions inwardly but not outwardly. It also controls the quantity and type of ions to be passed into xylem. Inward flow of ions from epiblema to xylem is along the concentration gradient. The collection of ions in the xylem is responsible for water potential gradient in the root that helps in osmotic entry of water as well as its passage to xylem. In the xylem, minerals are carried up along-with the flow of xylem solution. In leaves, the cells absorb the minerals selectively through membrane pumps.

Translocation of Mineral Ions in the Plant:

Though it is generally considered that xylem transports inorganic nutrients while phloem transports organic nutrients, the same is not exactly true. In xylem sap, nitrogen travels as inorganic ions, as well as organic form of amino acids and related compounds.

Small amounts of P and S are passed in xylem as organic compounds. There is also exchange of materials between xylem and phloem. Therefore, mineral elements pass up xylem in both inorganic and organic form.

They reach the area of their sink, namely young leaves, developing flowers, fruits and seeds, apical and lateral meristems and individual cells for storage. Minerals are unloaded at fine vein endings through diffusion. They are picked up by cells through active uptake.


Transpiration Runs the Show

Transpiration is the evaporation of water from trees out and into the Earth's atmosphere. Leaf transpiration occurs through pores called stomata, and at a necessary "cost", displaces of much of its valuable water into the atmosphere. These stomata are designed to allow the carbon dioxide gas to exchange from air to assist in photosynthesis that then creates the fuel for growth.

We need to remember that transpiration cools trees and every organism around it. Transpiration also helps to cause that massive flow of mineral nutrients and water from roots to shoots which is caused by a decrease in hydrostatic (water) pressure. This loss of pressure is caused by water evaporating from the stomata into the atmosphere and the beat goes on.


Ver el vídeo: Cómo nacen las plantas - Área de Ciencias Naturales. (Noviembre 2022).