¿Cómo funciona el metabolismo de los nutrientes de las plantas?

Contribuido por: aallonharja

Enviado: 18 de junio de 2003

¿Cómo funciona el metabolismo de los nutrientes de las plantas?

En otras palabras, ¿cómo comen las plantas?

Para vivir, las plantas necesitan estos 16 elementos esenciales, llamados macronutrientes y micronutrientes.

Macronutrientes

( nutriciones primarias )

• carbono (C)

• hidrógeno (H)

• oxígeno (O2)

• nitrógeno (norte)

• fósforo (P)

• potasio (K)

• calcio (Ca)

• magnesio (Mg)

• Azufre (S)

  Micronutrientes
  
  ( Nutes secundarios )

• Boro (B)

• Cloro (Cl)

• cobre (Cu)

• hierro (Fe)

• Manganeso (Mn)

• Zinc (Zn)

• Molibdeno (Mo)

  Macronutrientes y micronutrientes
  
  La mayor parte de la planta está formada a partir de Hidrógeno, Carbono y Oxígeno (~95% de la masa seca). El carbono proviene del dióxido de carbono (CO2) del aire. El hidrógeno y el oxígeno provienen del agua. Tenga en cuenta que este oxígeno debe estar disponible ‘mezclado en el agua’, como oxígeno disuelto.

  
  Los macronutrientes restantes, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre, deben estar disponibles para los pelos radiculares de las plantas a través del suelo o de los fertilizantes, como parte de la solución con la que están en contacto las raíces de las plantas. Lo mismo se aplica a los micronutrientes hierro, manganeso, boro, cobre, zinc, molibdeno y cloro.

  
  Estos elementos esenciales son utilizados principalmente por las plantas en forma iónica, como sales inorgánicas que se han disuelto en la solución nutritiva.

  
  A continuación seguiremos el recorrido de una gota de agua con algunos fertilizantes a través de la planta, para aprender cómo funciona el metabolismo de las plantas.

  La solución en la zona de las raíces
  
  Ya sea que las plantas crezcan en tierra, lana de roca o agua, la solución con nutrientes disueltos debe entrar en contacto con las raíces de las plantas. Esta solución nutritiva debe tener la temperatura, concentración, acidez y composición química adecuadas para ser saludable y contribuir positivamente al crecimiento y bienestar de las plantas.

  
  Para ‘nuestra-planta-favorita’ las temperaturas deben estar entre 16 y 26 grados C, o 60 a 80 grados F. Las bajas temperaturas ralentizan el metabolismo de la planta y su crecimiento. Por otro lado, en altas temperaturas habrá menos Oxígeno Disuelto en la solución, provocando que las raíces sean más vulnerables a enfermedades y
  
  patógenos.

  
  La acidez en la zona de la raíz afecta la ingesta de iones nutrientes. Generalmente para aplicaciones hidropónicas, el rango de pH recomendado para nuestro favorito es entre pH 5,2 y pH 6,0. Si la solución nutritiva se volviera más ácida o alcalina, entonces la disponibilidad de ciertos nutrientes disminuiría, haciendo que los nutrientes estuvieran menos disponibles o incluso completamente inaccesibles para la planta. También podrían surgir problemas como la precipitación de iones de nutrientes de la solución.

  
  La concentración de la solución nutritiva no debe ser demasiado fuerte, es decir. más de 1300-1500 ppm, ni demasiado débil. Una solución fuerte provocaría una presión osmótica negativa en la planta. Debido a la alta salinidad, es decir. Debido a la cantidad de sólidos disueltos fuera de las células de la raíz de las plantas, el flujo de agua se invertiría para salir de las plantas, provocando que las plantas perdieran su turgencia y se marchitaran. Una solución demasiado débil no contendría suficientes nutrientes y podría provocar que el flujo osmótico de nutrientes se revierta, provocando que los iones de nutrientes salgan de las células, dejando a la planta hambrienta de más.

  
  «Si una célula está en contacto con una solución con una concentración de agua inferior a la de su propio contenido, entonces el agua sale de la célula por ósmosis, a través de la membrana celular. El agua se pierde primero del citoplasma y luego de la vacuola a través del tonoplasto. El contenido vivo «La parte de la célula se contrae y finalmente se separa de la pared celular y se encoge, esto se conoce como plasmólisis».
  
  Cita de CourseworkHelp: AT1- Ósmosis en patatas.

  
  La composición química de la solución nutritiva también es importante. Sin ciertos nutrientes las plantas no pueden vivir o no pueden completar su ciclo de vida. Las sustancias tóxicas en la solución podrían causar la muerte de la planta, o quizás causar que el cultivador, disfrutando de los frutos de su trabajo, enferme o muera. La solución debe contener niveles suficientes de oxígeno disuelto; las células de la raíz lo necesitan para respirar, como los peces, bajo el agua. Además, los elementos esenciales deben estar en forma tal que estén disponibles para la planta, como iones inorgánicos. Con la gran cantidad de productos nutritivos disponibles actualmente para la mayoría de los productores, la composición de los nutrientes rara vez es un problema.

  El cabello de Rosa Root se encuentra con Wally Waterdrop
  
  Para simplificar, las raíces de las plantas se componen básicamente de células superficiales que absorben el agua y los elementos, y de estructuras internas de venas que translocan el agua y los elementos, llamada solución nutritiva de aquí en adelante, hacia arriba hasta el tallo.

  
  Las células de las superficies de las raíces, llamadas pelos radiculares debido a su naturaleza «borrosa», pueden difundir pasivamente la solución nutritiva o gastar energía y transportar activamente agua e iones de nutrientes a través de su membrana celular .

  La Célula
  
  Todo organismo de nuestro planeta, según la ciencia, está compuesto por una o más células. Un ser humano promedio podría tener miles de millones de células. Por otro lado, las bacterias son organismos unicelulares. Las plantas, por supuesto, son multicelulares. Las células siempre tienen una pared celular, una membrana superficial y órganos internos.

  Pared celular
  
  La pared celular, a menudo llamada pared celular primaria, sirve para proteger la célula del entorno que la rodea y para sostenerla. Las paredes celulares primarias de las plantas están hechas de pequeñas fibras de celulosa que se entrelazan en la superficie de la célula, bombeadas por pequeñas rosetas de celulosa que se mueven a través de la superficie de la membrana plasmática de la célula justo «debajo» de la pared celular.

  
  «Si pones una célula vegetal en agua, el agua entra por ósmosis y luego se hincha. Sin embargo, la célula no estalla. Esto se debe a que las paredes celulares están hechas de celulosa, que es extremadamente fuerte. Con el tiempo, la «La célula deja de hincharse y cuando se llega a este punto decimos que la célula está turgente. Esto es importante porque hace que los tallos de las plantas sean fuertes y erguidos».
  
  Cita de CourseworkHelp: AT1- Ósmosis en patatas.
  Membrana plasmática
  
  La membrana superficial también se llamamembrana plasmática o membrana de doble capa lipídica , y los órganos internos el citoplasma . La membrana celular dentro de la pared celular primaria externa es un tejido vivo complejo de maravillas bioquímicas y pequeñas máquinas moleculares que pueden mover moléculas hacia adelante y hacia atrás a través de la membrana y construir la pared celular. También hay pequeños conductos entre las células individuales adyacentes para facilitar aún más el transporte de agua e iones. Estos poros se llaman plasmodesmos .

  Funciones de la membrana
  
  Esta membrana plasmática tiene muchas funciones, cada una de las cuales está cubierta por pequeños órganos particulares, hechos de proteínas:

• Mantener el equilibrio de la solución adecuado dentro y fuera de la celda. Hay proteínas en la membrana que pueden bombear agua e iones dentro y fuera de la pared celular. También se le conoce con un término muy avanzado: «Mantener la homeostasis iónica». Asegúrate de deslumbrar a tus amigos con este término.

• Señalización y detección del entorno. Como recibir mensajes hormonales.

• Construcción de la pared celular primaria. Pequeños órganos que se mueven sobre la membrana arrojando largas hebras de celulosa que forman la matriz de la pared celular externa.

• Regular la turgencia. Ajuste de la presión osmótica.

• Comunicándose con las células adyacentes, a través de los plasmodesmos mencionados anteriormente.

  
  Entonces, una vez que una célula ciliada de raíz comienza a sentir un poco de sed, o tal vez recibe un mensaje de su vecino para que introduzca más nitrógeno, puede utilizar varias estrategias para «transportar» las moléculas requeridas desde la solución nutritiva a la célula y adelante. Si no se requiere energía por parte de las células, esto se llama transporte pasivo y, lógicamente, si se gasta energía, se está llevando a cabo un transporte activo .

  Transporte pasivo
  
  Debido a la naturaleza física y química de los iones de nutrientes, las sustancias disueltas en la solución nutritiva, todas las sustancias e incluso la solución misma están sujetas a ósmosis , difusión a través de la membrana plasmática selectivamente permeable. Esto se debe a que cada molécula tiene una carga eléctrica, y las diferentes concentraciones de las moléculas crean un potencial eléctrico entre las diferentes áreas de concentración, llamados gradientes (gradiente de concentración, gradiente de potencial, gradiente electroquímico transmembrana…).

  ¿Qué es la difusión?
  
  En la difusión, los solutos (moléculas) buscan pasar de la concentración más fuerte a la más diluida, igualando así cualquier posible diferencia en la concentración.

  
  En otras palabras, la difusión es el efecto de las moléculas disueltas en solución, difundiéndose desde el área de mayor concentración hacia el área de menor concentración de diluidos.

  
  Supongamos que se mezclan dos soluciones en un recipiente: agua y pH reducido. Inmediatamente después de mezclar, las concentraciones de pH en el agua son desiguales. Después de un tiempo, después de la difusión, la reducción del pH se concentrará igualmente en todo el volumen del agua.

  
  La difusión ocurre en soluciones que consisten en partículas. La energía de difusión se crea a partir del movimiento térmico aleatorio de las moléculas, también llamado movimiento browniano .

  
  La difusión también ocurre a través de las paredes celulares, excepto donde está bloqueada por la pared celular selectivamente permeable.

  Difusión a través de una pared celular
  
  Cualquier cosa penetrará la doble capa lipídica de la pared celular si se le da el tiempo suficiente. Sin embargo, existen grandes diferencias en el período de tiempo requerido.
  Alta permeabilidad (a través de las paredes celulares)
  
  Agua
  
  Urea
  
  Glicerol
  
  Triptófano
  
  Glucosa
  
  Cl+ (Ion cloro)
  
  K- (Anión potasio)
  
  NA+ (Ion Natrio)
  Baja permeabilidad

  
  Tabla 1. Permeabilidad para algunas sustancias
  
  Cuanto mayor es la permeabilidad, más rápido es el movimiento a través de las paredes celulares en las células.

  ¿Qué es la ósmosis?
  
  Bueno, la ósmosis en realidad es difusión de agua.con una capa permeable de algún tipo que sea permeable a la solución. En términos de biología celular, ósmosis es lo que en realidad se llama difusión de agua a través de la pared celular.

  
  Para dar un ejemplo más práctico, la ósmosis es la difusión de agua desde una solución hipotónica, una solución baja en sólidos disueltos, a una solución hipertónica que contiene una mayor cantidad de sólidos disueltos a través de una membrana selectivamente permeable.

  
  La difusión osmótica a través de las paredes celulares es un mecanismo de transporte pasivo , porque no requiere energía de la célula.

  
  Como puede ver arriba, las paredes celulares pueden permear el agua y algunas moléculas fácilmente. Sin embargo, algunas de las moléculas requieren un esfuerzo activo por parte de las células para transportarse al interior de las células. A esto se le llama transporte activo .

  ¿Qué es la ósmosis inversa?
  
  El término ósmosis inversa se utiliza con mayor frecuencia para sistemas de purificación de agua que utilizan una capa permeable al agua para purificar el agua. El agua de ósmosis inversa contiene sólo moléculas de agua (H2O) o moléculas más pequeñas que eso. Las capas de ósmosis inversa son capaces de rechazar bacterias, sales, azúcares, proteínas, partículas y colorantes, entre otras cosas (tamaño de molécula inferior a ~200 daltons).

  
  En las plantas, la condición de ósmosis inversa sugiere que la concentración de solutos en solución fuera de las células (raíces) es mayor que dentro de las células (raíces) y, por lo tanto, la dirección del movimiento del agua es hacia afuera de las células (raíces) y no hacia adentro. . En pocas palabras, la solución salada extrae agua de las plantas, lo que a menudo hace que las plantas se marchiten.

  Transporte activo
  
  Las células ciliadas de la raíz pueden utilizar las proteínas de transporte y las bombas de iones , ubicadas en la membrana plasmática, para mover activamente los solutos a través de la membrana. De esta forma las plantas pueden controlar la ingesta de agua y nutrientes de la solución que está en contacto con los pelos radiculares.

  
  Hay mucho más en todo el negocio del transporte. Para obtener más información sobre el tema, escriba algunas de estas palabras clave en su motor de búsqueda favorito: «transporte de la pared celular, difusión activa facilitada, citosis ATPasa».

  Situación normal ‘hipertónica’
  
  Normalmente todas las células de las plantas están llenas de agua y toda la planta está ‘rígida’ con el agua. Esto es causado por la alta presión osmótica interna positiva, también llamada turgencia . Este estado de alta presión interna en las células se llama hipotónico . Si una planta perdiera su turgencia, se marchitaría y sus hojas quedarían completamente flácidas. Este estado opuesto sería hipertónico , es decir. cuando una célula tendría una presión osmótica interna negativa, lo que provocaría que el agua fluyera y la célula se encogiera (o en el caso de células de paredes rígidas, la membrana celular interna (membrana plasmática) se contrajera).

  
  La mayor parte de la energía para mantener las células hipertónicas resulta de la transpiración , la atracción evaporativa resultante del agua evaporada a través de los estomas , pequeñas aberturas en las superficies inferiores de las hojas y de la cohesión y acción capilar del agua en las venas de las plantas (xilema).

  Las raíces controlan el medio ambiente y la entrada y salida de solutos. Parte de la presión la crean activamente las células ciliadas de la raíz: las células bombean agua dentro de la planta, utilizando su energía celular ( ATP ). De manera similar, la planta puede transportar activamente nutrientes, como se mencionó anteriormente.

  
  Tenga en cuenta que lo anterior es simplemente una teoría para explicar los fenómenos que ocurren en las plantas y las células. Existen diferentes teorías sobre cómo funcionan las paredes celulares, la difusión, etc. Para obtener más información sobre esta teoría, haga una búsqueda en la web con «Equilibrios de Donnan».

  Estructura de la raíz
  
  Las raíces son responsables de extraer agua y minerales nutrientes del medio de cultivo. La punta de la raíz, también llamada meristemo apical , crece hacia el medio, empujándose a través de él cubierta por la cofia de la raíz , un escudo protector de células.

  
  En la capa superficial de las raíces, la epidermis , se han desarrollado pelos radiculares encima de la corteza , que a su vez se forma alrededor de la capa interna de las raíces, también llamada endodermis . Los pelos radiculares tienen una gran superficie que absorbe eficazmente los nutrientes del medio. Los hongos micorrízicos simbióticos también pueden aumentar la superficie, mejorando en gran medida la ingesta de nutrientes.

  Pelos radiculares
  
  Los pelos radiculares cubren la superficie de la raíz madura. Son pequeñas estructuras parecidas a pelos que crecen directamente en el medio y aumentan la superficie de la raíz hasta cifras asfixiantes. Puede haber más de 20.000 pelos radiculares en un área equivalente a una uña. ¡¡¡Con una longitud promedio de 5 mm, la superficie de estos pelos radiculares excedería 1/3 de metro cuadrado, más de 3 pies cuadrados!!!(h=0,005m, r=0,0005m) Entonces, gracias a esta enorme superficie, Las raíces pueden suministrar agua y nutrientes a una planta muy grande.
  
  Los pelos de la raíz suelen ser visibles a simple vista. Los pelos radiculares tienen una vida bastante corta y, a menudo, las raíces maduras no tienen pelos radiculares visibles.

  Movimiento de nutrientes a través de las membranas
  
  Los nutrientes, minerales disueltos en una solución acuosa, se transportan en forma de iones . Los iones son solubles en agua pero no pueden cruzar membranas sin la presencia de proteínas de transporte., pequeños órganos en la superficie de la membrana. El transporte de iones cargados negativamente requiere el transporte de una partícula cargada positivamente en la dirección opuesta. Estas partículas cargadas positivamente son protones , H+ – hidrógeno sin electrón. De esta manera el potencial eléctrico y el potencial químico permanecen en equilibrio , con potenciales eléctricos iguales en ambos lados de la membrana. Estos protones se bombean activamente a través de la membrana utilizando ATP , trifosfato de adenosina, como fuente de energía.

  
  Básicamente, existen tres mecanismos que transportan los iones de nutrientes: bombas de iones primarias y secundarias y canales de iones. Estas son proteínas que se encuentran en la membrana plasmática, cada tipo específico de los nutrientes que transportan.

  
  Algunas de las bombas de iones mueven los protones H+ fuera de la célula y otras hacia la célula. Se conocen como bombas de iones primarios . Este movimiento de H+ cambia el potencial/gradiente y facilita el movimiento de los otros iones. También están las bombas de iones secundarios que mueven los otros iones dentro y fuera de la celda.

  
  Finalmente están los canales iónicos , pequeños canales con ‘compuertas’ de apertura y cierre que permiten que los iones nutrientes se muevan a través de las membranas, impulsados ​​por el gradiente electroquímico y de potencial.

  Movimiento de la solución nutritiva dentro de la planta
  
  Una vez que el agua y los iones nutrientes han sido absorbidos por las células ciliadas de la raíz, estos son transportados a través de las membranas plasmáticas celulares, directamente en las células, de manera siplásica , o entre las células, en espacios intracelulares, de manera apoplástica. .

  
  Una vez que la solución ha viajado a través de los pelos radiculares y la corteza, hacia las partes internas de las raíces (endodermis), sólo puede viajar hacia el sistema vascular dentro de las células, de forma siplásica, transportada a través de las membranas, en las células. En el sistema vascular, los haces de venas, hay dos tipos de venas: el xilema y el floema . Estos haces vasculares son básicamente venas verticales que van desde las raíces hasta la punta en crecimiento.

  
  La mayor parte del flujo se crea por la fuerza de la transpiración , que arrastra la solución hacia arriba, hacia las hojas. La difusión y el transporte activo también ayudan en el movimiento de la solución. Las propiedades físicas del agua, la cohesión.es decir. la atracción de las moléculas de agua entre sí y la acción capilar resultante también ayuda a crear el fuerte movimiento vertical ascendente del agua. Este es un sistema muy eficiente: las plantas pueden mover grandes volúmenes de solución nutritiva desde las raíces hasta el follaje, a menudo muy por encima del nivel de las raíces.

  Hojas salientes
  
  Los haces vasculares recorren las plantas, en los tallos y en las hojas. De hecho, puedes ver los haces en las hojas: las venas de las hojas. Una vez a bordo del ‘sistema de transporte interno de la planta’, la solución se mueve alrededor de la planta y los nutrientes se utilizan como componentes básicos para crear energía en el proceso fotosintético y regular el metabolismo y la turgencia de la planta.

  
  La mayor parte del agua se transporta a las hojas, donde se evapora a través de pequeñas aberturas en la superficie inferior de las hojas. Estas aberturas se llaman estomas (estoma singular). Las plantas pueden abrirlos y cerrarlos para controlar la cantidad de evaporación. A medida que el agua se evapora, contribuye a la transpiración total. En la naturaleza, el agua evaporada flota en el aire, se condensa formando nubes, llueve sobre las plantas y el ciclo se completa.

  ¿Cómo se aplica todo esto a las plantas de Cannabis?
  
  Entonces, ¿cómo controlan las raíces de las plantas, o los pelos de las raíces, la ingesta de nutrientes? ¿¡¿No se difundirían todos y cada uno de los iones de nutrientes por toda la planta y la solución nutritiva (a diferencia de que el nitrógeno vaya a las hojas y el Kalium a los tallos)?!?
  
  Con mecanismos de transporte activo , las células de la raíz pueden «seleccionar» los iones (y otras sustancias) que se transportan al interior de la célula. De esta manera pueden adaptarse al entorno e incluso actuar contra el desequilibrio osmótico. En un contexto más amplio, las plantas utilizan la energía de la fotosíntesis para mantener los jugos fluyendo en los lugares correctos.

  
  «El flujo excesivo de agua hacia una célula por ósmosis puede hacer estallar la célula. Las células se protegen contra esto mediante procesos de osmorregulación. Si se aplica presión externa a la solución más fuerte, la ósmosis se detiene. Mediante este mecanismo, las células vegetales pueden osmorregularse, ya que la pared celular de una célula completamente turgente ejerce presión sobre la solución dentro de la célula». Cita de CourseworkHelp: AT1- Ósmosis en patatas.
  Solución de nutrientes y manejo del suelo
  
  Entonces, una vez que un productor comprende estos principios, puede aplicarlos en la práctica. Es fácil entender que cambios fuertes en la cantidad de sustancias disueltas en la zona de la raíz estresarían las raíces al cambiar la dirección del flujo osmótico. Una planta podría experimentar repentinamente un fuerte estrés y posiblemente incluso daños físicos directos a las raíces.

  
  Para cada planta existe un ambiente óptimo. Al medir el pH, TDS o EC se pueden comprender las condiciones en la zona de la raíz y actuar en consecuencia. El rango adecuado se discutió en el segundo párrafo de este texto, La solución en la zona de la raíz .