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1BIOQUIMICA
Y FISIOLOGIA VEGETAL
PRACTICA # 4.
NUTRICION MINERAL
INTRODUCCION
Las plantas requieren de elementos que se derivan, originalmente del suelo (a
excepción de la mayor parte del nitrógeno que proviene de la atmósfera), además del
carbono y el oxígeno, para llevar a cabo sus funciones metabólicas y para formar sus
propias substancias. La importancia de dichos elementos no está muy relacionada con su
abundancia, de manera que los que se requieren en mayores cantidades son nitrógeno,
fósforo y potasio; les siguen el calcio, el azufre y el magnesio constituyendo en conjunto los
denominados macroelementos. Además, los vegetales requieren otros elementos en muy
pequeñas cantidades cuya presencia, sin embargo, es muy importante, tales como hierro,
cobre, zinc, boro, manganeso, molibdeno, cloro y posiblemente sodio y cobalto, conocidos
también como micronutrientes, los cuales también son esenciales para el metabolismo de
las plantas.
El criterio generalmente aceptado para determinar si un elemento es esencial o no
para la planta es que “si el elemento no se proporciona a la planta no puede crecer o
reproducirse normalmente , - la acción debe ser específica e irremplazable por otro
elemento - y el elemento debe ejercer un efecto directo en la planta. Dichas necesidades
son cubiertas normalmente por ciertas sales minerales (sales nutritivas), las cuales son
absorbidas en forma de cationes y aniones. En este proceso participa básicamente la raíz de
las plantas terrestres y todo el organismo en las plantas acuáticas. Sin embargo, también
puede encontrarse absorción de iones a través de la superficie de las hojas de las plantas
terrestres (principio en que se basa la fertilización foliar).
1
La absorción de iones por las células de la raíz es un proceso complejo y aún no
totalmente esclarecido. La primera barrera fisiológica al paso de los iones hacia el interior
del citoplasma es el plasmalema que regula la difusión libre de iones. Se sabe que todas las
membranas citoplásmicas son diferencialmente permeables, permitiendo que algunas
substancias pasen a través de ellas más fácilmente que otras, o pueden bloquear
completamente el paso de algunas otras. Se ha observado, en general, que la permeabilidad
a las substancias no polares, en oposición con la de substancias polares (solubles en agua),
aumenta con el peso y el tamaño molecular, esto es, con el aumento de apolaridad y por lo
tanto mayor solubilidad en grasas.
Se ha visto que la permeabilidad diferencial de las membranas cambia con
determinadas condiciones experimentales, tales como: balance de iones mono y divalentes,
pH, deshidratación y moléculas reguladoras como el fitocromo. También el tiempo hace
variar la permeabilidad diferencial, observándose que ésta aumenta con la senescencia y
desaparece con la muerte. La respiración es esencial para mantener la permeabilidad
diferencial y cualquier factor que influya en ella por consiguiente también afecta la
permeabilidad.
Se han realizado numerosas investigaciones sobre el transporte de iones y se han
propuesto diversos mecanismos; algunos de ellos son procesos puramente físicos y se
conocen con el nombre general de “absorción pasiva”, pero el mecanismo más importante
en la acumulación de iones contra el gradiente de difusión se conoce como “absorción
activa”, requiriendo, por lo tanto, la energía metabólica a partir de la respiración.
Para las plantas no basta sólo con disponer de todos los elementos esenciales en
forma de iones apropiados en el suelo, sino que éstos deben estar presentes en una relación
óptima; al mismo tiempo la concentración iónica total no debe superar cierto valor crítico
por razones osmóticas. El valor pH es también importante en la absorción de iones.
Con el objeto de determinar las necesidades absolutas de una planta con respecto a
los elementos individuales, o bien a sus cantidades óptimas, se introducen sus raíces en una
solución nutritiva en la cual están disueltas diferentes sales inorgánicas y se observa luego
su desarrollo. Si una solución nutritiva contiene todos los macro y microelementos en
cantidades suficientes y en una relación adecuada, la mayoría de las especies vegetales
crece en forma normal, si la iluminación y el suministro de CO2 son adecuados.
En condiciones naturales la planta absorbe los iones del suelo a través de las raíces y
las características de aquéllas determinan la magnitud del crecimiento vegetal.
La
lixiviación del suelo, así como la constante remoción de la cubierta vegetal, inducen
fluctuaciones en la concentración de iones de la solución edáfica, pero las características
generales de la acción amortiguadora del suelo impiden la acumulación unilateral de ciertos
iones y con ello disminuyen las posibilidades de un efecto tóxico sobre las plantas.
Aquéllos suelos cultivados intensivamente se empobrecen de sales nutritivas, lo que
generalmente se compensa mediante fertilizaciones.
Un aspecto interesante es el metabolismo de los compuestos nitrogenados minerales
y orgánicos. Siendo los nitratos relativamente abundantes en el suelo, las plantas no pueden
usarlos inmediatamente después de absorbidos sino que deben primero reducirlos a amonio
a través de una serie de pasos que consumen energía, después de esto pueden usar el
nitrógeno para sintetizar aminoácidos y otros compuestos nitrogenados.
Existen organismos vegetales capaces de fijar el N2 atmosférico; es un proceso
complicado que consume gran cantidad de energía e involucra la reducción en varios pasos
del nitrógeno libre a amonio, a través de una serie de compuestos intermediarios. Algunos
de estos microorganismos son de vida libre y otros géneros son simbióticos con plantas
vasculares, leguminosas y no leguminosas. Viven en nódulos formados por la planta
huésped en respuesta a la invasión bacteriana. La reducción que realizan es catalizada por
un sistema multienzimático complejo denominado nitrogenasa que requiere de: una fuente
de ATP, donadores de electrones (ferredoxina) y donadores de hidrógeno (NADH.H y
NADPH.H).
OBJETIVOS
El estudiante determinará la necesidad de algunos de los elementos esenciales para
el crecimiento y desarrollo de las plantas, por ejemplo, se analizarán los efectos de la
carencia de N, Mg, Fe.
El estudiante aprenderá a elaborar cultivos hidropónicos.
El estudiante aprenderá a construir “invernaderos portátiles” para el desarrollo
adecuado de las plantas bajo estudio.
MATERIALES
Por equipo:
5 botellas de 500 mL o 1000 mL, de boca estrecha y pintadas de negro u opacas (i.e.,
no transparentes). Si se prefiere se puede realizar la práctica en macetas, tomando en
cuenta que se requieren al menos 4 botellas para almacenar también las soluciones
nutritivas.
40 semillas de chícharo o frijol.
Bolsas de papel
Navajas de afeitar.
Papel absorbente.
Papel aluminio y etiquetas (proporcionado por el alumno).
Agrolita, vermiculita o arena (proporcionadas por el alumno).
Regla milimétrica.
5 pipetas graduadas de 5 mL.
Agua destilada.
Balanza.
Papel pH rango 1-11 o potenciómetro.
Solución de HCl al 1%.
3 pipetas graduadas de 1 mL.
1 invernadero o lugar iluminado.
Soluciones madres (nutritivas)
:
.
MATERIAL PARA LA CONSTRUCCION DE UN INVERNADERO
1 bandeja o charola de 53.7 X 35.0 X 7.5 cm.
(Interiores)
Alambre de 7.30 cm. No. 10 galvanizado.
Polietileno de 1.82 m2 , 4 milésimas de pulgada de grosor
Cinta adhesiva alrededor de 1 m.
METODO
Previamente ponga a germinar 40 semillas de la especie de su preferencia en un
vaso o caja de petri con agua y papel filtro, toallas de papel, papel higiénico, etc.,
dejándolas una o dos semanas hasta tener plántulas con una raíz de 4 cm y las primeras
hojas. Las botellas, charolas o macetas que se van a utilizar deben estar muy limpias (es
fundamental que no tengan residuos químicos); etiquételas de modo que una corresponda a
la solución completa, otra sin nitrógeno, otra sin magnesio y otra sin hierro. Dependiendo
de las disponibilidades de material podrían agregarse demostraciones para la esencialidad
de otros elementos como fósforo y potasio (esta sugerencia queda a criterio del equipo, sólo
para obtener puntos extra en la práctica).
Prepare las soluciones necesarias a partir de las indicaciones de la tabla
correspondiente que aparece arriba. Para esto llene cada frasco con agua destilada hasta la
mitad y agregue las cantidades necesarias de las soluciones madres o nutritivas para cada
tratamiento (tenga especial cuidado en no cambiar las pipetas). Mida el pH de la solución
final.
Seleccione unas 6 plántulas iguales y elimine cuidadosamente, con una navaja de
afeitar, los cotiledones. Coloque dos plántulas en cada botella, charola o maceta, tenga
mucho cuidado al manejar las raíces para no romperlas. Para sostener la plántula envuelva
la región del cuello con algodón, éste debe quedar compacto, pero no debe dañar el tallo y
se debe cuidar que la raíz de la plántula no se enrede en el mismo. Evite que el algodón se
moje con el objeto de impedir el ataque de hongos.
Observe dos o tres veces por semana durante un mes. Asegúrese de que las raíces
estén siempre sumergidas en la solución, en caso contrario rellene con agua destilada. Mida
semanalmente el pH de las soluciones.
METODO PARA LA CONSTRUCCION DEL INVERNADERO
Con un mínimo de precaución, las plantas en macetas y las plántulas en
desarrollo pueden mantenerse en el invernadero. Si se colocan unos 2.5 cm de arena o
suelo sobre el piso, las semillas pueden germinar o las plantas mantenerse sobre la base sin
usar macetas. En ambos casos se suministrará la humedad adecuada al añadir agua a la
caja. Las plantas necesitarán riego con poca frecuencia., ya que el plástico reduce la
pérdida de humedad del interior.
Las dimensiones de este invernadero están basadas en las de la caja, como se
ve en la lista mencionada con anterioridad, pero las dimensiones pueden modificarse para
hacer invernaderos proporcionalmente más grandes o más pequeños. Sin embargo, si se
modifica el patrón será importante cambiar las medidas del alambre y el polietileno para
evitar el desperdicio del material o cortar una pieza demasiado pequeña.
1) Forme un armazón de alambre de una sola pieza (como se muestra en la figura)
para sostener la cubierta de polietileno.
El armazón debe ser 2.5 cm más
pequeño en anchura y longitud que el interior de la caja (una caja de 25 X 50 cm
debe contener un armazón de alambre de 22.5 X 47.5 cm). Deberán dejarse 2.5
cm de alambre extra a la izquierda de cada punta para mantener las uniones
juntas (NOTA: las esquinas cuadradas pueden hacerse fácilmente doblando
el alambre en un marco metálico con un martillo).
2) Sujete las uniones con algunas vueltas de cinta adhesiva y enderece el armazón a
mano.
3) Corte la cubierta de polietileno como se ilustra en la figura.
4) Selle con calor los pliegues sobrantes de la cubierta de polietileno.
5) Cubra el fondo con una o más capas de polietileno más grueso para impedir que
se filtre el agua.
Utilice la técnica empleada para envolver regalos para obtener pliegues perfectos en
las esquinas internas y externas de la base y sujete con grapas la parte exterior del plástico.
El mantenimiento de la temperatura deseada en el invernadero puede controlarse con un
regulador termostático y una fuente de calor.
La selección de la energía y los instrumentos de control dependerá del espacio para
la planta y sus requerimientos de temperatura.
Se ha visto que un invernadero como el que aquí se describe puede mantener una
temperatura de 30°C mientras la temperatura externa estaba dentro del intervalo de 0-25°C.
Se encontró que una lámpara de 100W proporcionaba suficiente calor para mantener un
gradiente de temperatura cerca de 10°C por encima de la temperatura ambiental.
Para variaciones extremas de temperatura (de 20 A 25°C) se encontró que una cinta
térmica de 60W puede funcionar continuamente. Por lo tanto si se requiere calentar
grandes áreas o elevar más aún la temperatura deberán colocarse cintas adicionales o usarse
una potencia eléctrica mayor.
La humedad relativa en el interior del invernadero puede mantenerse fácilmente
cercana al 100%.
Si se disminuye esta humedad al permitir que escape el aire, la
temperatura cambiará. PRECAUCION: La grava u otros materiales en el interior
deberán permanecer húmedos durante todo el tiempo o la resistencia eléctrica
generará calor suficiente para fundir el polietileno si están en contacto.
RESULTADOS
.
Durante las observaciones estudie las plantas cuidadosamente y anote cualquier
cambio de aspecto en el sistema radical, coloración del tallo y las hojas. Anote si los
cambios ocurren en hojas nuevas o viejas, en toda su superficie o sólo en un sector (ápice o
base), si es entre las nervaduras o a lo largo de los bordes. Haga un cuadro con todas sus
observaciones.
LITERATURA SUGERIDA:
Barthelemy R.E., Dawson, J.R., Addison E. L. 1977. Técnicas para el Laboratorio
de Biología BSCS. Ed. C.E.C.S.A. México. 148.
Bidwell, R.G.S. 1979. Fisiología Vegetal. AGT Editor, S:A. 784pp.
Fernández G., Johnston M. 1986. Fisiología Vegetal Experimental. Servicio
Editorial IICA. Costa Rica. 428pp.
Salisbury F.B. and Ross C.W. (eds.). 1994. Plant Physiology. Ed. Wadsworth
Publishing Company, Inc. USA. 430pp.
Taiz L., Zeiger E. (eds.) 1991.
Publishing Company, Inc.U.S.A.559pp.
Plant Physiology. The Benjamin/Cummings