UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE AGRONOMIA SUBAREA DE MANEJO DE SUELO Y AGUA LAB. FERTILIDAD DE SUELOS AUX: P. Agr. CESAR TORRES

PRACTICA NO. 3

NUTRIMENTOS ESENCIALES EN LOS CULTIVOS, FUNCIONES Y EFECTOS

I. INTRODUCCION

Son 16 nutrientes esenciales para el crecimiento vegetal los micronutrientes son requeridos en muy pequeñas cantidades. A pesar de ello la deficiencia de cualquier microelemento puede producir una dramática diferencia en el crecimiento vegetal, desarrollo de raíces, producción de semillas o frutos y como resultado bajos rendimientos y menor calidad del cultivo. La idea de una dieta balanceada de micronutrientes no es nueva; hace ya 150 años Justus Von Liebig representaba el rendimiento de los fertilizantes en una cosecha con un barril perforado a diferentes alturas. Cada perforación correspondía a un elemento esencial, y su altura a la cantidad necesaria para determinado rendimiento. Por más fertilizante que se vierta en el barril no se sobrepasará el rendimiento del nutriente esencial que quede en defecto (perforación por donde se "derrama" el fertilizante no utilizable ).

II. OBJETIVOS General

• Que el estudiante conozca los elementos esenciales en los cultivos agrícolas.

Especifico • Que el estudiante pueda comprender

las funciones y efectos de cada uno de los elementos esenciales en los cultivos.

III. MARCO TEORICO

Nitrógeno

Es el componente fundamental de todas las moleculas organicas involucradas en los procesos de crecimiento y desarrollo vegetal. Por lo tanto, participa activamente en los principales procesos metabolicos: la fotosintesis, la respiración, la sintesis proteica.

� Papel del Nitrógeno en la planta El N es necesario para la síntesis de la

clorofila y como parte de la molécula de la clorofila está involucrado en el proceso de la fotosíntesis, la carencia de N y en consecuencia la carencia de clorofila no permite que la planta utilice la luz solar como fuente de energía en el proceso de la fotosíntesis y la planta pierde la habilidad de ejecutar funciones esenciales como la absorción de nutrientes. el N es un componente de las vitaminas y los sistemas de energía en la planta, es también un componente esencial de los aminoácidos, los cuales forman proteínas, por lo tanto, el N es directamente responsable del incremento del contenido de proteínas.

� Efectos que causa el N en las plantas 1. acentua el color verde del follaje 2. confiere suculencia a los tejidos 3. favorece el desarrollo exhuberante del

follaje 4. puede aumentar la susceptibilidad a plagas

y enfermedades 5. propicia el volcamiento 6. alarga el ciclo vegetativo de los cultivos 7. retrasa la maduración de frutos

Fósforo El Fósforo (P) es esencial para el

crecimiento de las plantas. No puede ser sustituido por ningún otro nutriente. La planta debe tener P para cumplir su ciclo normal de producción.

� Papel del Fósforo en la planta

Forma parte de la molécula transportadora de alta energía ATP, por tanto, participa en todos los procesos metabólicos que involucran energía. Estructuralmente constituye parte de los fosfolipidos de las membranas celulares, de los ácidos nucleícos, de la mayoría de las enzimas y de los coenzimas NAD y NADP, por lo que participa en la fotosíntesis, en la glicólisis, en la respiración, en la síntesis de ácidos grasos y en la síntesis de proteínas, especialmente nucleoproteínas en los tejidos meristemáticos. El ácido fitico (hexafosfato de inositol) almacenado en las semillas es la principal fuente de fosfato inorgánico durante la germinación. Las concentraciones más altas de P en plantas jóvenes se encuentran en el tejido de los puntos de crecimiento. Debido a que el P se mueve rápidamente de los tejidos viejos a los tejidos jóvenes, las deficiencias aparecen primero en las partes bajas de la planta. A medida que las plantas maduran, la mayor parte del P se mueve a las semillas o al fruto.

� Efectos que causa el P en las plantas

8. fomenta y acelera el desarrollo de raíces y mejora su resistencia a las bajas temperaturas

9. aumenta el numero de renuevos 10. aumenta la fructificación (rendimientos más

altos y calidad de los cultivos) 11. apresura la maduración de frutos 12. participa en la formación de semillas 13. evita el acame o volcamiento 14. incrementa la eficiencia del uso del agua 15. aumenta el tenor de carbohidratos aceites,

grasas y proteinas 16. aumenta la resistencia a enfermedades

participa en la fijación simbiótica del N Potasio

El Potasio (K) es un nutriente esencial de la planta. Es uno de los tres nutrientes principales junto con el nitrógeno (N) y el

fósforo (P). Los cultivos contienen aproximadamente la misma cantidad de K que de N, pero más K que P. En muchos cultivos de alto rendimiento, el contenido de K excede al contenido de N.

� Papel del potasio en la planta

El potasio (K) es absorbido (del suelo) por las plantas en forma iónica (K+). A diferencia del N y el P, el K no forma compuestos orgánicos en la planta. Su función principal está relacionada fundamentalmente con muchos y variados procesos metabólicos. Se le confiere una participación muy activa en la regulación osmótica e hídrica de la planta, en el mantenimiento de la electroneutralidad celular y en la permeabilidad de las membranas. El proceso de apertura y cerrado de los poros de las hojas (denominados estomas) es regulado por la concentración de K en las células que rodean estos poros. La escasez de K no permite que los estomas se abran totalmente y que sean rápidos al cerrarse. Esta condición hace que el estrés que sufre la planta por falta de agua sea mayor. La respuesta al K es mayor cuando los niveles de humedad en el suelo son bajos. Actúa como activador de una gran cantidad de enzimas de la síntesis proteica y del metabolismo de carbohidratos, y esta involucrado muy directamente en el transporte de azucares via floema. Puede ser parcialmente sustituido por el Na y el Rb.

� Efectos que causa el K en las plantas 1. estimula el Ilenado de granos 2. mejora la calidad de los productos 3. mantiene la turgencia de la planta 4. evita los efectos severos de la sequia y de

las heladas 5. aumenta la resistencia a enfermedades y

plagas 6. reduce el volcamiento 7. ayuda en la fijación simbiotica del N

El efecto del K en la resistencia de las

plantas al ataque de enfermedades es ampliamente conocido. La importancia de este aspecto del uso del K es realmente relevante. El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) ha reconocido que no existe otra substancia más eficiente para prevenir en-fermedades que el K.

El K tiene un gran impacto en la calidad del cultivo incidiendo en factores como el incremento del peso de cada grano y la cantidad de granos por mazorca en el maíz, en el contenido de aceite y proteínas en la soya, en la cantidad de azúcar en la caña de azúcar, en la resistencia y longitud de la fibra en el algodón y otros cultivos que producen fibra, en la calidad de molienda y horneado en el trigo y en población y persistencia de los forrajes. Nutrimentos secundarios El Calcio (Ca), Magnesio (Mg) y Azufre (S) se denominan nutrientes secundarios, pero esto no significa que sean secundarios en importancia para el crecimiento de las plantas. Estos elementos son tan importantes para la nutrición de las plantas como lo son los nutrientes primarios, a pesar de que las plantas los requieren en menores cantidades. Muchos cultivos contienen tanto azufre (S) como fósforo (P), y en ocasiones aun más. Las deficiencias de los nutrientes secundarios pueden afectar el crecimiento de la planta tanto como lo hacen las deficiencias de los nutrientes primarios. Calcio

Su principal papel es estructural porque constituye, como Pectatos de Ca en las lami-nas medias, la,parte cementante de las pare des celulares. Participa en la formacidn de membranas celulares y de estructuras lipidicas, y tal vez, en el transporte de glucidos. Es necesario en pequenas cantidades para la mitosis en las zonas meristematicas pues con fiere estabilidad al aparato estructural durante la division celular. Actua como activador de en zimas y se relaciona con la nodulacion y la fijacion de N.

� Papel del Calcio en la planta

El calcio es absorbido por las plantas en forma del catión Ca+2. Una vez dentro de la planta, el Ca funciona en varias formas, incluyendo las siguientes: • Forma compuestos que son parte de las

paredes celulares. Esto fortalece la estructura de la planta.

• Ayuda a reducir el nitrato (NO3-) en la

planta.

• Ayuda a activar varios sistemas de enzimas.

• Ayuda a neutralizar los ácidos orgánicos en la planta.

• Es requerido en grandes cantidades por las bacterias fijadoras de N.

� Efectos que causa el Ca en las

plantas 1. proporciona rigidez 2. aumenta la resistencia a la penetracion de

enfermedades y plagas 3. favorece el cuaje de las flores 4. impulsa la produccidn de semillas 5. desintoxica 6. ayuda en la fijacion simbiotica del N 7. Estimula el desarrollo de las raíces y de las

hojas Magnesio

Forma parte de la molecula de clorofila, por to tanto es determinante sobre la fotosíntesis. Participa en gran medida en el balance electrolitico dentro de la planta, y como activador enzimatico, especialmente en reacciones de fosforilación del ATP en el metabolismo de los azúcares y en la síntesis de ácidos nucleicos, y por to tanto, también en la síntesis de proteínas.

� Papel del Magnesio en las plantas El magnesio (Mg) es absorbido por las plantas como un catión Mg+2. Una vez dentro de la planta, el Mg cumple muchas funciones. El Mg es el átomo central de la molécula de la clorofila, por lo tanto está involucrado activamente en la fotosíntesis. El Mg y el N son los únicos nutrientes provenientes del suelo que son parte de la clorofila, y por esta razón, la mayoría del Mg en las plantas se encuentra en este compuesto. Las semillas también tienen un contenido relativamente alto de Mg, aun cuando los cereales como el maíz tienen bajos niveles en sus semillas. El Mg también interviene en el metabolismo del fósforo, en la respiración y en la activación de muchos siste-mas enzimáticos en las plantas.

� Efectos que causa el Mg en las plantas

1. produce el color verde 2. ayuda en la absorción de P

Azufre Forma parte de las proteinas como

integrante de los aminoacidos azufrados cistina, cisteina y metionina. Es constituyente de algunas enzimas, de algunas vitaminas (tiamina y biotina) y de la coenzima A, que participan en el metabolismo de azucares, grasas y proteínas. Tambien ayuda en la estabilización de la estructura de las proteínas. Muchas espe cies vegetales contienen pequenas cantida des de compuestos azufrados volatiles(sulfdxidos) responsables del factor lacrimogeno de las cebollas y el olor de los ajos.

� Papel del Azufre en las plantas A diferencia del Ca y el Mg que son

absorbidos por las plantas como cationes, el S es absorbido principalmente como anión sulfato (SO4

-2). También puede entrar por las hojas como dióxido de azufre (SO2) presente en el aire. El S es parte de cada célula viviente y forma parte de 2 de los 21 aminoácidos que forman las proteínas. Otras funciones del S en la planta se describen a continuación:

1. ayuda a desarrollar enzimas y vitaminas 2. es necesario en la formación de clorofila a

pesar de no ser un constituyente de este compuesto

3. está presente en varios compuestos orgánicos que dan el olor característico al ajo, la mostaza y la cebolla

� Efectos que causa el S en las plantas

1. aumenta el crecimiento vegetativo y la fructificación

2. promueve la nodulación en las leguminosas 3. ayuda en la producción de semilla 4. estimula el crecimiento de raiz propicia la

formación de semilla 5. aumenta el contenido de carbohidratos

aceites, grasas y proteinas

� Azufre y Nitrógeno La necesidad de S está muy

relacionada con la cantidad de N disponible para la planta. Esta estrecha relación no debe sorprender debido a que ambos nutrientes son constituyentes de las proteínas y están asociados con la formación de la clorofila.

El N y el S se relacionan también por el

hecho de que el S juega un papel importante en la activación de la enzima nitrato reductasa, necesaria para la conversión de NO3

- a amino

ácidos en las plantas. Una baja actividad de esta enzima reduce los niveles de proteínas solubles, a la vez que incrementa la con-centración de NO3

- en los tejidos de las plantas.

La acumulación de altos niveles de NO3

en las plantas, cuando existe una deficiencia de S, impiden drásticamente la formación de semilla en cultivos sensibles. El NO3

-

acumulado puede también ser tóxico para los animales que consumen forraje con deficiencia de S. Niveles adecuados de S mejoran la utilización de Mg por parte de los rumiantes al reducir los niveles de N no proteico (NO3

-) en los forrajes.

Se ha sugerido que la relación N:S (N

total y S total) en las plantas es una buena guía de diagnóstico para determinar las deficiencias de S. Se han considerado relaciones de 10:1, 15:1, 7:1, 11:1. Sin importar si estas proporciones son válidas o no, existe una fuerte relación entre N y S que no puede ser ignorada cuando se evalúa la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados. Micronutrimentos

� Los micronutrimentos son esenciales para el crecimiento de las plantas

Siete de los 16 nutrientes esenciales para la planta se denominan micronutrimentos. Ellos son: boro (B), cobre (Cu), cloro (Cl), hierro (Fe), manganeso (Mn), molibdeno (Mo) y zinc (Zn).

Los micronutrimentos son tan

importantes para las plantas como los nutrientes primarios y secundarios, a pesar de que la planta los requiere solamente en cantidades muy pequeñas. La ausencia de cualquiera de estos micronutrimentos en el suelo puede limitar el crecimiento de la planta, aun cuando todos los demás nutrientes esenciales estén presentes en cantidades adecuadas.

Boro Su papel especifico no esta completamente claro, pero afecta muchos

procesos en forma indirecta. Interviene en el transporte de azúcares pues forma complejos con los átomos de oxígeno libres o con los grupos OH presentes en ellos, reduciendo su polaridad y facilitando su transporte a traves de las membranas.

Los cultivos varían significativamente en

su respuesta al B como se muestra en la Tabla 1. Varias leguminosas, frutales y hortalizas tienen una alta respuesta al B. Otros cultivos muestran una menor respuesta. Los cereales generalmente son los que menos responden. Tabla 1. Respuesta de los cultivos al boro.

Respuesta Alta Respuesta Media

Respuesta Baja

Alfalfa Brócoli Frijol Coliflor Col Arándano Apio Zanahoria Pepino Remolacha azucarera

Lechuga Maíz

Remolacha de mesa

Espinaca Cebolla

Nabo Maíz Papas Maní Tomates Cereales Algodón Espárragos Sorgo Manzanas Canola Pasto sudan Trébol Rábano Soya

Cloro Con una única función reconocida actualmente, pero sin duda alguna muy importante, el Cl estimula la fase luminosa de la fotosíntesis. En algunos casos se ha asociado a los movimientos estomaticos y a la trasmisión de impulsos electricos a traves de la planta.

La investigación ha demostrado que el Cl reduce el efecto de las enfermedades radiculares causadas por hongos, como la pudrición de la raíz en los cereales de grano pequeño, cultivos en los cuales también ayuda a suprimir las infecciones causadas por hongos en las hojas y en la panoja. La menor incidencia de la pudrición del tallo en el maíz ha sido relacionada con una adecuada cantidad de Cl en el suelo. Se especula que el Cl compite con la absorción de nitrato (NO3), esto promueve el uso de amonio (NH4) por las plantas. Altas concentraciones de NO3 en las plantas han sido relacionadas con la severidad de las enfermedades fungosas.

El Cl puede tener efectos negativos en

cultivos como el tabaco, algunas variedades de soya, papas y ciertos frutales, especialmente la uva. Los efectos varían con las variedades y con el uso del cultivo.

Cobalto

No se ha probado que el cobalto (Co) sea esencial para el crecimiento de las plantas. Sin embargo las bacterias en los nódulos de las leguminosas necesitan Co para fijar N atmosférico.

Cobre

Es componente de diferentes enzimas fenolasas, lactasas y de la oxidasa del acido ascorbico, así como de ciertas proteínas (plastocianina) presentes en el cloroplasto, de aqui que participe en la fotosíntesis. Pro mueve la formación de vitamina A. Además, activa varias enzimas y actua como conductor activa varias enzimas y actua como conductor implicado en la biosintesis de ligninas.

El Cu es necesario para la formación de

clorofila y cataliza varias otras reacciones en las plantas a pesar de no ser parte del producto(s) que se forma con esas reacciones. Hierro

Actúa como activador enzimatico en la síntesis de clorofila; es un factor necesario, pero no forma parte de la molecula. Interviene en la síntesis de proteínas y es componente de algunas metaloflavoproteinas que intervienen en diferentes oxidaciones y reducciones bio-lógicas. Los cultivos varían en su respuesta al Fe. Los frutales responden mejor, como se muestra en la Tabla 3. Tabla 3. Respuesta de los cultivos al hierro.

Respuesta Alta

Respuesta Baja

Arboles frutales

Hortalizas

Cítricos Frijol Fresas Soya Uvas Sorgo Ornamentales Maní Pasto sudan Menta

Manganeso

El Mn funciona principalmente como parte de los sistemas enzimáticos de las plantas. Activa varias reacciones metabólicas importantes y juega un papel directo en la fotosíntesis al ayudar a la planta a sintetizar clorofila. Actúa como activador enzimatico en la respiración y en el metabolismo del N, en este último caso, activando las reductasas. Es el cation predominante en estos procesos, pero puede ser sustituido por Mg, Co, Zn y Fe. Tambien participa en la sintesis proteica y en la formacion de acido ascórbico (vitamina C). En la fotosintesis, participa pero solo en su fase oscura. Ademas, es capaz de destruir u oxidar el AIA.El Mn acelera la germinación y la maduración de las plantas e incrementa la disponibilidad de P y Ca. Molibdeno

Esta fuertemente relacionado con el me tabolismo del N; interviene en la fijacibn del N gaseoso a nivel de organismos fijadores, en la asimilacion de los nitratos y forma parte del sis tema de la reductasa del N. Esta relacionado directamente con los niveles de acido ascdr bico que sirven para proteger al cloroplasto. Tambien, interviene en el metabolismo del P, y se postula su participaci6n en la absorci6n y transporte de Fe.

Zinc El Zn fue uno de los primeros

micronutrimentos reconocido como esencial para las plantas. Además, es el micronutrimento que con más frecuencia imita los rendimientos de los cultivos. Por ejemplo, se han reportado deficiencias de Zn en casi todos los países productores de arroz. A pesar de que es requerido en pequeñas cantidades, es imposible obtener rendimientos altos sin este micronutrimento. El Zn ayuda a la síntesis de substancias que permiten el crecimiento de la planta y la síntesis de varios sistemas enzimáticos. Es esencial para promover ciertas reacciones metabólicas y además es necesario para la producción de clorofila y carbohidratos.