Fisiologia y Nutricion Vegetal

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FISIOLOGIA Y NUTRICION VEGETAL Hugo Soplin V. Ph.D. Marzo 2013

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FISIOLOGIA Y NUTRICION VEGETAL

Hugo Soplin V. Ph.D.

Marzo 2013

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6 CO2 + 6 H20 + Energia lumínica + clorofila=> C6H1206 + 6 02

C6H12O6 + 6 O2 => 6 CO2 + 6 H2O + Energy

Reducción

Oxidación

oxidación

Reducc.

FOTOSINTESIS

RESPIRACION

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SON PLANTAS C-3

FOTORESPIRAN

RESPONDEN AL ENRIQUECIMIENTO ATMOSFERICO CON CO2 Y AL ABONAMIENTO ORGANICO

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CLOROPLASTOS:MEMBRANA DEL TILACOIDE

COMPOSICION QUIMICA :• -CLOROFILAS:10%.

Son complejos deporfirinas-Mg.

• Tipos: a,b,c y d.• Formadas por un

núcleo porfirínicotetrapirrólico con unátomo de Mg en elcentro; presentan unacadena hidrocarbonadade fitol embebida en lamembrana deltilacoide.

Mg

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CLOROPLASTOS:MEMBRANA DEL TILACOIDE

COMPOSICION QUIMICA :• - CAROTENOIDES: 2%.• Pueden ser de color amarillo o

anaranjado. • Tipos: Los carotenos y las xantófilas.• El más abundante es el ß-caroteno• Función:• colector de la energía luminosa, y• protegen a la clorofila contra la

fotooxidación por el O2.

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FASES DE LA FOTOSINTESIS• Comprende 2

fases:• La fase

luminosa que se lleva a cabo a nivel de las membranas de los tilacoides y

• La fase oscura que se lleva a cabo a nivel del estroma.

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PS II

PS I

H2O

2e-2e-

2e-

1/2 O2

2H+

NADP+

NADPH + H+

PQ

ferredoxina

2e-

2e-

2hv

2hv

ADP + Pi

ATPCit

b - f

PC

FOTOFOSFORILACION NO CICLICAFOTOFOSRORILACION CICLICA

FASE LUMINOSA- ESQUEMA Z

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PLANTAS C4CELULAS DEL MESOFILO CELULAS DE VAINA

VASCULAR

CO2 C1 + C3 C4

C4 C3+C1

C3 +Productos

CICLO DE

CALVIN

AMP + Ppi ATP

HAZ

VASCULAR

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FOTORESPIRACION

• Proceso que se da en las plantas debido a lacaracterística de la RUBISCO de funcionar en unaforma diferente a como lo hace durante laFotosíntesis de acuerdo a la [ ] de CO2 que sepresenta en el medio, lo que provoca una pérdidadel carbono en la forma de CO2, durante losperíodos de luz.

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1. Fotosintesis neta = Fotosíntesis bruta – Respiración

(AHORRO) = INGRESO - GASTO

2. Fotosíntesis neta = Fotosíntesis bruta - (Respiración + Fotorespiración)

¿Que tipo de planta responde mucho mejor al a) Aumento en la concentración de CO2 atmosféricob) Abonamiento orgánico

Las plantas C4 ¿ Fotorespiran?

Igualdad Tipo de planta ¿ C3 o C4 ?

1 ¿?

2 ¿?

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Figura 1. Destinos posibles de la Chl excitada. Cuando la Chl absorbe luz se excita desde su estadode reposo a su estado singlete excitado, 1Chl*. De allí tiene varios modos de regresar de nuevo alestado de reposo. Puede regresar emitiendo luz que se observa como fluorescencia (1). La energía deexcitación puede usarse como combustible para las reacciones fotosintéticas(2),o puede desexcitarsedisipando calor. Estos dos últimos mecanismos reducen la cantidad de fluorescencia de la clorofila.Por eso se hace referencia a ellos como qP y DNF de la fluorescencia de la clorofila. Finalmente, víacruzamiento intersistemas1Chl*, produce3Chl* (4), que a su vez es capaz de producir 1O2*, unaespecie de oxígeno muy reactivo.

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Los estados de activación de oxígeno.

La primera reacción de reducción es superóxido

Las reducciones subsiguientesforman peróxido de hidrógeno,radical hidroxilo y agua.

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¿QUÉ ES UN RADICAL LIBRE?

Radical libre es aquella especie química capaz de existirindependientemente y que posee uno o más electrones

desapareados.

Este electrón desapareado confiere al radical libre cierto grado deinestabilidad. para alcanzar la estabilidad, el radical libre puede

perder este electrón, en cuyo caso se comporta como agente oxidante.

Activación del oxígeno

Puede ocurrir por dos mecanismos diferentes La absorción de energía suficiente para invertir el giro de uno de los electrones

desapareados

La forma birradical de oxígeno está en un estado fundamental triplete debido a que los electrones tienen espines paralelos

Si el oxígeno triplete absorbe la energía suficiente para invertir el giro de uno de sus electrones desapareados, se forma el estado de singlete, tienen espines opuestos

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SITIOS DE PRODUCCIÓN DE OXÍGENO ACTIVO

CLOROPLASTOSMITOCONDRIAS

RETICULO ENDOPLASMICO

Microcuerpos Las membranas plasmáticas

PARED CELULAR

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Oxígeno activado y agentes que generan radicales libres de oxígeno, tales como las radiaciones ionizantes, inducir lesiones en el ADN que numerosas deleciones,

mutaciones causan y otros efectos genéticos letales.

El daño oxidativo al ADN

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Overall picture of the regulation of photon capture and the protection and repair of photodamage.Protection against photodamage is a multilevel process.The first line of defense is suppressionof damage byquenching of excess excitation as heat. If this defense is notsufficient and toxic photoproductsform, a variety of scavengingsystems eliminate the reactive photoproducts. If this second line of defense also fails, the photoproductscan damage the D1 protein of photosystem II. This damage leads tophotoinhibition. The D1 protein is thenexcisedfrom the PSII reaction center and degraded. A newly synthesizedD1 is reinserted into the PSII reactioncenter to form a functional unit. (AfterAsada 1999.)

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MECANISMOS DE DEFENSA

No enzimáticas:

Ácido ascórbico Glutatión Tocoferol (Vitamina E) Carotenoides

Enzimáticas:

Superóxido dismutasa Catalasa Ascorbato peroxidasa

MANTIENEN EL (ROS) EN NIVELES NO PERJUDICIALES

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ANTIOXIDANTESEs una sustancia capaz de neutralizar la acción de un radical libre. Muchos alimentos vegetales los contienen en gran cantidad. Son las mismas sustancias que les protegen de ser fácilmente oxidados por la acción del aire y el sol.

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ANTIOXIDANTE NEUTRALIZANDO RADICALES LIBRES

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MICRONUTRIENTE FUNCION

Boron A primary function of boron is related to cell wall formation, so boron-deficient plants may be stunted. Sugar transport in plants, flowerretention and pollen formation and germination also are affected byboron. Seed and grain production are reduced with low boron supply. Boron-deficiency symptoms first appear at the growing points. Thisresults in a stunted appearance (rosetting), barren ears due to poorpollination, hollow stems and fruit (hollow heart) and brittle, discoloredleaves and loss of fruiting bodies.Boron deficiencies are found mainly in acid, sandy soils in regions of high rainfall, and those with low soil organic matter. Borate ions are mobile in soil and can be leached from the root zone. Borondeficiencies are more pronounced during drought periods when rootactivity is restricted.

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Copper Copper is necessary for carbohydrate and nitrogen metabolism and, inadequate copper results in stunting of plants. Copper also is required forlignin synthesis which is needed for cell wall strength and prevention of wilting. Deficiency symptoms of copper are dieback of stems and twigs, yellowing of leaves, stunted growth and pale green leaves that withereasily.Copper deficiencies are mainly reported on sandy soils which are low in organic matter. Copper uptake decreases as soil pH increases. Increasedphosphorus and iron availability in soils decreases copper uptake byplants.

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Iron Iron is involved in the production of chlorophyll, and iron chlorosis iseasily recognized on iron-sensitive crops growing on calcareous soils. Iron also is a component of many enzymes associated with energytransfer, nitrogen reduction and fixation, and lignin formation. Iron isassociated with sulfur in plants to form compounds that catalyze otherreactions. Iron deficiencies are mainly manifested by yellow leaves dueto low levels of chlorophyll. Leaf yellowing first appears on the youngerupper leaves in interveinal tissues. Severe iron deficiencies cause leaves to turn completely yellow or almost white, and then brown as leaves die.Iron deficiencies are found mainly on high pH soils, although some acid, sandy soils low in organic matter also may be iron-deficient. Cool, wetweather enhances iron deficiencies, especially on soils with marginal levels of available iron. Poorly aerated or compacted soils also reduce iron uptake by plants. Uptake of iron decreases with increased soil pH, and is adversely affected by high levels of available phosphorus, manganese and zinc in soils.

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Manganese Manganese is necessary in photosynthesis, nitrogen metabolism and toform other compounds required for plant metabolism. Interveinal chlorosisis a characteristic manganese-deficiency symptom. In very severemanganese cases, brown necrotic spots appear on leaves, resulting in premature leaf drop. Delayed maturity is another deficiency symptom in some species. White/gray spots on leaves of some cereal crops is a signof manganese deficienc.Manganese deficiencies mainly occur on organic soils, high-pH soils, sandy soils low in organic matter, and on over-limed soils. Soilmanganese may be less available in dry, well-aerated soils, but can become more available under wet soil conditions when manganese isreduced to the plant-available form. Conversely, manganese toxicity can result in some acidic, high-manganese soils. Uptake of manganesedecreases with increased soil pH and is adversely affected by high levelsof available iron in soils.

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Molybdenum

Molybdenum is involved in enzyme systems relating to nitrogen fixationby bacteria growing symbiotically with legumes. Nitrogen metabolism, protein synthesis and sulfur metabolism are also affected bymolybdenum. Molybdenum has a significant effect on pollen formation, so fruit and grain formation are affected in molybdenum-deficient plants. Because molybdenum requirements are so low, most plant species do not exhibit molybdenum-deficiency symptoms. These deficiencysymptoms in legumes are mainly exhibited as nitrogen-deficiencysymptoms because of the primary role of molybdenum in nitrogenfixation. Unlike the other micronutrients, molybdenum-deficiencysymptoms are not confined mainly to the youngest leaves becausemolybdenum is mobile in plants. The characteristic molybdenumdeficiency symptom in some vegetable crops is irregular leaf bladeformation known as whiptail, but interveinal mottling and marginal chlorosis of older leaves also have been observed.Molybdenum deficiencies are found mainly on acid, sandy soils in humidregions. Molybdenum uptake by plants increases with increased soil pH, which is opposite that of the other micronutrients. Molybdenumdeficiencies in legumes may be corrected by liming acid soils rather thanby molybdenum applications. However, seed treatment withmolybdenum sources may be more economical than liming in someareas.

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Zinc Zinc is an essential component of various enzyme systems for energyproduction, protein synthesis, and growth regulation. Zinc deficient plantsalso exhibit delayed maturity. Zinc is not mobile in plants so zinc-deficiency symptoms occur mainly in new growth. Poor mobility in plantssuggests the need for a constant supply of available zinc for optimumgrowth. The most visible zinc deficiency symptoms are short internodesand a decrease in leaf size. Delayed maturity also is a symptom of zinc-deficient plants.Zinc deficiencies are mainly found on sandy soils low in organic matterand on organic soils. Zinc deficiencies occur more often during cold, wetspring weather and are related to reduced root growth and activity as wellas lower microbial activity decreases zinc release from soil organic matter. Zinc uptake by plants decreases with increased soil pH. Uptake of zinc also is adversely affected by high levels of available phosphorus and ironin soils.

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Chloride Because chloride is a mobile anion in plants, most of its functions relate tosalt effects (stomatal opening) and electrical charge balance in physiological functions in plants. Chloride also indirectly affects plantgrowth by stomatal regulation of water loss. Wilting and restricted, highlybranched root systems are the main chloride-deficiency symptoms, whichare found mainly in cereal crops.Most soils contain sufficient levels of chloride for adequate plant nutrition. However, reported chloride deficiencies have been reported on sandysoils in high rainfall areas or those derived from low-chloride parentmaterials. There are few areas of chloride-deficient so this micronutrientgenerally is not considered in fertilizer programs. In addition, chloride isapplied to soils with KCl, the dominant potassium fertilizer. The role of chloride in decreasing the incidence of various diseases in small grains isperhaps more important than its nutritional role from a practical viewpoint.

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CLAVE PARA EL DIAGNOSTICO VISUAL DE DESÓRDENES DE NUTRIENTES.

La “Clave para el diagnostico visual de desórdenes nutricionales” que semuestra a continuación es una herramienta útil que puede ayudar adiagnosticar problemas nutricionales específicos en cultivos.

La clave le pregunta primero escoger si los síntomas visuales observadosestaban en las hojas superiores o en las inferiores.

Debajo de estas dos primeras selecciones se encuentran cuatro recuadroscon descripciones de diferentes síntomas visuales que pueden aparecer enplantas de apariencia no saludable.

Si encuentra un recuadro que concuerda con el problema que observa en susplantas, mire al recuadro debajo de el para identificar el nutriente o grupo denutrientes que pueden causar esos síntomas cuando ellas son deficientes.

La fila inferior de recuadros, que no están presentes para tres de lossíntomas visuales, enumera los nutrientes que pueden causar síntomassimilares cuando ellos están presentes en cantidades excesivas o tóxicas.

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Precautions in identifying nutrient stress symptoms include the following:

1. Many symptoms appear similar. For instance, N and S deficiency symptoms can be very alike, depending upon plant growth stage and severity of deficiencies.

2. Multiple deficiencies and/or toxicities can occur at the same time. More than one deficiency or toxicity can produce symptoms, or possibly an abundance of one nutrient can induce the deficiency of another (e.g. excessive P causing Zn deficiency).

3. Crop species, and even some cultivars of the same species, differ in their ability to adapt to nutrient deficiencies and toxicities. For example, corn is typically more sensitive to a Zn deficiency than barley and will show Zn deficiency more clearly

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4. Pseudo (false) deficiency symptoms (visual symptoms appearing similar to nutrient deficiency symptoms). Potential factors causing pseudo deficiency include, but are not limited to, disease, drought, excess water, genetic abnormalities, herbicide and pesticide residues, insects, and soil compaction.

5. Hidden hunger. Plants may be nutrient deficient without showing visual clues.

6. Field symptoms appear different than ‘ideal’ symptoms. Many of the plants shown in this module as photographs were grown under controlled nutrient conditions, and deficiency/toxicity symptoms observed in the field may or may not appear as they do here.

Experience and knowledge of field history are excellent aids in determining causes for nutrient stress.

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Chlorophyll meters are faster than tissue testing for N.

Samples can be taken often and repeated if results are questionable.

The meters are used to measure leaf greenness, which is positively related to leaf chlorophyll content.

Research indicates a close correlation between leaf chlorophyll content and leaf N content because much of the leaf N is contained in the chlorophyll.

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La absorción de nutrientes durante las primeras Nueve semanas de establecida laplantación es muy baja, luego se incrementa , encontrándose que los valores máximos de absorción ocurren en las semanas 18, 23 y 28, etapas que coinciden con las etapas de mayor producción de frutos.

El período de mayor absorción se encuentra entre las semanas 9 y 26 y las épocas de aplicación de fertilizantes que venían siendo utilizadas en Costa Rica no reflejaban los picos altos de requerimientos de nutrientes.

Basándose en los datos obtenidos en el estudio de absorción de nutrientes a través del tiempo se determinó que, en términos prácticos, la fertilización de la fresa puede distribuirse en 3 etapas importantes del cultivo.

Durante las primeras 12 semanas se debe agregar el 20% del fertilizante requerido, en el período comprendido entre las semanas 12 y 18 se debe aplicar 40% y entre las se-manas 20 y 24 se debe aplicar elrestante 40%.

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La existencia de plantas en las que hasta e l de la 50% del peso seco de la savia del xilema es mineral, es el origen de los metodos modemos de "fitoextraccion".

Estos c onsisten en la reclamacion de suelos contaminados mediante el cultivo de estas especies "hiperacumuladoras« y el procesamiento posterior del material vegetal cosechado.

Estas especies capaces de extraer cantidades importantes de Se (alfalfa), Mn (Macadamianeurophylla), Al (Te), Cu (Ipomoeaa alpina) y Ni (Psychotria caerorulescens)entre otras, han sido identificadas.

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GRACIAS POR VUESTRA PACIENCIA