31.1: Requerimientos Nutricionales de Plantas

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Habilidades para Desarrollar

Describir cómo las plantas obtienen nutrientes
Enumerar los elementos y compuestos necesarios para una nutrición adecuada de las plantas
Describir un nutriente esencial

Las plantas son organismos únicos que pueden absorber nutrientes y agua a través de su sistema radicular, así como el dióxido de carbono de la atmósfera. La calidad del suelo y el clima son los principales determinantes de la distribución y crecimiento de las plantas. La combinación de nutrientes del suelo, agua y dióxido de carbono, junto con la luz solar, permite que las plantas crezcan.

La composición química de las plantas

Dado que las plantas requieren nutrientes en forma de elementos como carbono y potasio, es importante entender la composición química de las plantas. La mayor parte del volumen en una célula vegetal es agua; típicamente comprende 80 a 90 por ciento del peso total de la planta. El suelo es la fuente de agua para las plantas terrestres, y puede ser una fuente abundante de agua, aunque parezca seca. Las raíces de las plantas absorben el agua del suelo a través de los pelos radiculares y la transportan hasta las hojas a través del xilema. A medida que el vapor de agua se pierde de las hojas, el proceso de transpiración y la polaridad de las moléculas de agua (lo que les permite formar enlaces de hidrógeno) atrae más agua desde las raíces hacia arriba a través de la planta hasta las hojas (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las plantas necesitan agua para apoyar la estructura celular, para las funciones metabólicas, para transportar nutrientes y para la fotosíntesis.

La ilustración muestra una punta de raíz. La punta de la raíz está desnuda, y los pelos crecen más arriba. Una sección transversal en la parte superior de la raíz revela tejido de xilema intercalado por cuatro óvalos que contienen floema en la periferia. — Figura\(\PageIndex{1}\): El agua se absorbe a través de los pelos de la raíz y sube por el xilema hasta las hojas.

Las células vegetales necesitan sustancias esenciales, llamadas colectivamente nutrientes, para sostener la vida. Los nutrientes de las plantas pueden estar compuestos de compuestos orgánicos o inorgánicos. Un compuesto orgánico es un compuesto químico que contiene carbono, como el dióxido de carbono obtenido de la atmósfera. El carbono que se obtuvo del CO2 atmosférico compone la mayor parte de la masa seca dentro de la mayoría de las plantas. Un compuesto inorgánico no contiene carbono y no forma parte de, ni es producido por, un organismo vivo. Las sustancias inorgánicas, que forman la mayoría de la solución del suelo, se denominan comúnmente minerales: las que requieren las plantas incluyen nitrógeno (N) y potasio (K) para su estructura y regulación.

Nutrientes Esenciales

Las plantas solo requieren luz, agua y unos 20 elementos para soportar todas sus necesidades bioquímicas: estos 20 elementos se denominan nutrientes esenciales. Para que un elemento sea considerado esencial, se requieren tres criterios: 1) una planta no puede completar su ciclo de vida sin el elemento; 2) ningún otro elemento puede realizar la función del elemento; y 3) el elemento está directamente involucrado en la nutrición de la planta.

**Tabla\(\PageIndex{1}\):** Elementos esenciales para el crecimiento de las plantas
Macronutrientes	Micronutrientes
Carbono (C)	Hierro (Fe)
Hidrógeno (H)	Manganeso (Mn)
Oxígeno (O)	Boro (B)
Nitrógeno (N)	Molibdeno (Mo)
Fósforo (P)	Cobre (Cu)
Potasio (K)	Zinc (Zn)
Calcio (Ca)	Cloro (Cl)
Magnesio (Mg)	Níquel (Ni)
Azufre (S)	Cobalto (Co)
	Sodio (S)
	Silicio (Si)

Macronutrientes y Micronutrientes

Los elementos esenciales se pueden dividir en dos grupos: macronutrientes y micronutrientes. Los nutrientes que las plantas requieren en mayores cantidades se denominan macronutrientes. Alrededor de la mitad de los elementos esenciales son considerados macronutrientes: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. El primero de estos macronutrientes, el carbono (C), se requiere para formar carbohidratos, proteínas, ácidos nucleicos y muchos otros compuestos; por lo tanto, está presente en todas las macromoléculas. En promedio, el peso seco (excluyendo el agua) de una celda es de 50 por ciento de carbono. Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{2}\), el carbono es una parte clave de las biomoléculas vegetales.

Se muestran tres fibras de celulosa y la estructura química de la celulosa. La celulosa consiste en cadenas no ramificadas de subunidades de glucosa que forman fibras largas y rectas. — Figura\(\PageIndex{2}\): La celulosa, principal componente estructural de la pared celular vegetal, constituye más del treinta por ciento de la materia vegetal. Es el compuesto orgánico más abundante de la tierra. Las plantas son capaces de hacer su propia celulosa, pero necesitan carbono del suelo para hacerlo.

El siguiente elemento más abundante en las células vegetales es el nitrógeno (N); es parte de proteínas y ácidos nucleicos. El nitrógeno también se utiliza en la síntesis de algunas vitaminas. El hidrógeno y el oxígeno son macronutrientes que forman parte de muchos compuestos orgánicos, y también forman agua. El oxígeno es necesario para la respiración celular; las plantas utilizan oxígeno para almacenar energía en forma de ATP. El fósforo (P), otra macromolécula, es necesario para sintetizar ácidos nucleicos y fosfolípidos. Como parte del ATP, el fósforo permite que la energía de los alimentos se convierta en energía química a través de la fosforilación oxidativa. Asimismo, la energía luminosa se convierte en energía química durante la fotofosforilación en la fotosíntesis, y en energía química para ser extraída durante la respiración. El azufre es parte de ciertos aminoácidos, como la cisteína y la metionina, y está presente en varias coenzimas. El azufre también juega un papel en la fotosíntesis como parte de la cadena de transporte de electrones, donde los gradientes de hidrógeno juegan un papel clave en la conversión de la energía lumínica en ATP. El potasio (K) es importante por su papel en la regulación de la apertura y cierre estomático. Como las aberturas para el intercambio de gases, los estomas ayudan a mantener un equilibrio hídrico saludable; una bomba de iones de potasio respalda este proceso.

El magnesio (Mg) y el calcio (Ca) también son macronutrientes importantes. El papel del calcio es doble: regular el transporte de nutrientes y apoyar muchas funciones enzimáticas. El magnesio es importante para el proceso fotosintético. Estos minerales, junto con los micronutrientes, que se describen a continuación, también contribuyen al equilibrio iónico de la planta.

Además de los macronutrientes, los organismos requieren diversos elementos en pequeñas cantidades. Estos micronutrientes, o oligoelementos, están presentes en cantidades muy pequeñas. Incluyen boro (B), cloro (Cl), manganeso (Mn), hierro (Fe), zinc (Zn), cobre (Cu), molibdeno (Mo), níquel (Ni), silicio (Si) y sodio (Na).

Las deficiencias en cualquiera de estos nutrientes, particularmente los macronutrientes, pueden afectar negativamente el crecimiento de las plantas (Figura\(\PageIndex{3}\)). Dependiendo del nutriente específico, una falta puede causar retraso en el crecimiento, crecimiento lento o clorosis (coloración amarillenta de las hojas). Deficiencias extremas pueden resultar en hojas que muestran signos de muerte celular.

La foto (a) muestra una planta de jitomate con dos frutos de tomate verde. Los frutos se han vuelto de color marrón oscuro en el fondo. La foto (b) muestra una planta con hojas verdes; algunas de las hojas se han vuelto amarillas. La foto (c) muestra una hoja de cinco lóbulos que es amarilla con venas verdosas. La foto (d) muestra hojas de palma verde con puntas amarillas. — Figura\(\PageIndex{3}\): La deficiencia de nutrientes es evidente en los síntomas que muestran estas plantas. Este (a) tomate uva sufre de pudrición final de flor causada por deficiencia de calcio. El amarilleo en este (b) *Frangula alnus* es el resultado de la deficiencia de magnesio. El magnesio inadecuado también conduce a (c) clorosis intervencional, vista aquí en una hoja de chicle. Esta (d) palma se ve afectada por deficiencia de potasio. (crédito c: modificación de obra de Jim Conrad; crédito d: modificación de obra de Malcolm Manners)

Conexión diaria: Hidroponía

La hidroponía es un método de cultivo de plantas en una solución acuosa-nutritiva en lugar de suelo. Desde su advenimiento, la hidroponía se ha convertido en un proceso de crecimiento que los investigadores suelen utilizar. Los científicos que estén interesados en estudiar las deficiencias de nutrientes de las plantas pueden utilizar la hidroponía para estudiar los efectos de diferentes combinaciones de nutrientes bajo condiciones estrictamente controladas. La hidroponía también se ha desarrollado como una forma de cultivar flores, hortalizas y otros cultivos en ambientes de invernadero. Es posible que encuentre productos cultivados hidropónicamente en su tienda de comestibles local. Hoy en día, muchas lechugas y tomates en su mercado se han cultivado hidropónicamente.

Resumen

Las plantas pueden absorber nutrientes inorgánicos y agua a través de su sistema radicular, y dióxido de carbono del medio ambiente. La combinación de compuestos orgánicos, junto con el agua, el dióxido de carbono y la luz solar, producen la energía que permite que las plantas crezcan. Los compuestos inorgánicos forman la mayoría de la solución del suelo. Las plantas acceden al agua a través del suelo. El agua es absorbida por la raíz de la planta, transporta nutrientes por toda la planta y mantiene la estructura de la planta. Los elementos esenciales son elementos indispensables para el crecimiento de las plantas. Se dividen en macronutrientes y micronutrientes. Los macronutrientes que requieren las plantas son carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. Los micronutrientes importantes incluyen hierro, manganeso, boro, molibdeno, cobre, zinc, cloro, níquel, cobalto, silicio y sodio.

Glosario

compuesto inorgánico: compuesto químico que no contiene carbono; no forma parte ni es producido por un organismo vivo

macronutrientes: nutriente que se requiere en grandes cantidades para el crecimiento de las plantas; carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre

micronutrientes: nutriente requerido en pequeñas cantidades; también llamado oligoelemento

compuesto orgánico: compuesto químico que contiene carbono