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EXPOSICIÓN NITRÓGENO NUTRICIÓN

Está presentación explica la importancia del nitrógeno en las plantas, su ciclo, síntomas de deficiencia y exceso.
by

Camilo Jaramillo

on 22 May 2016

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Transcript of EXPOSICIÓN NITRÓGENO NUTRICIÓN

NUTRICIÓN DEL NITRÓGENO
EN PLANTAS



Ginna Natalia Cruz
160208122

Camilo Jaramillo Barrios
160208142


CARACTERÍSTICAS
Altamente distribuido
en la naturaleza
Atmósfera N2
FUENTE:http://biologiana310.blogspot.com/2010/10/biotopo.html
Asimilable 0.03%
por seres vivos
Cuarto lugar después del C, H y O
N
Segunda limitante despues del agua y componente del protoplasma
ciclo del nitrógeno
procesos
fijación
descomposición y
mineralización (amonificación y mineralización)
lixiviación y desnitrificación
absorción y asimilación
fijación
FIJACIÓN INDUSTRIAL
INDUSTRIAL, ATMOSFÉRICA Y
BIOLÓGICA
N2 + 3 H2 → 2 NH3 + ΔH
fijación industrial
haber-bosch

BOSCH
HABER
FIJACIÓN ATMÓSFERICA
tormentas eléctricas

NH4+: Proviene de la combustión industrial, actividad volcánica o incendios forestales.
NO3-:
O2 + N2 → NO (en las tormentas eléctricas)
El NO se oxida con el oxígeno atmosférico:
O2 + 2NO → 2NO2
Y este 2NO2 reacciona con el agua dando ácido nítrico:
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO.
FIJACIÓN BIOLÓGICA
fijación atmosférica
FIJACIÓN BIOLÓGICA O DIAZOTROFISMO
Según Rodríguez et al. (1985) y Orozco (1999), el diazotrofismo puede ocurrir mediante 3 mecanismos:
LIBRE
ASOCIACIÓN
SIMBIOSIS
Según Subba Rao (1992) y Brock y Madigan (1991), algunas bacterias producen nitrogenasa que es una enzima que reduce el N2 de la atmósfera a NH3.
RIZoSFERA
Según Lee y Pankhurst (1992) las raíces de las plantas viven todo el tiempo en estrecha asociación con los organismos del suelo, en condiciones normales de crecimiento. Esta asociación se conoce como rizocenosis y se lleva a cabo en la rizosfera.
Figura 6 .Fijación biológica en el ciclo total
La rizosfera es la zona del suelo adyacente a la raíz que está bajo la influencia de su actividad. Lee y Pankhurst (1992) y Bowen (1993) la dividen en:
INTERACCIÓN RIZOSFERA-MICROORGANISMOS
NEUTRA
NOCIVAS
BENÉFICAS
Exorrizosfera : 1 y 10mm
Endorrizosfera: 15 y 20 microm
propiedades
RIQUEZA
ENERGÉTICA
pH
Bacterias fijadoras de N2 como Azospirillum o Beijerinckia.
Desnitrificación
Enfermedades (hongos)
Nodulación bacterias fijadoras en leguminosas
FIJACIÓN biológica del NITRÓGENO EN FORMA LIBRE
Bacterias frecuentes de todo tipo de suelo
Se encuentran en la Rizosfera, tejidos externos e internos (bacterias endófitas) de la planta
BACTERIAS
HETERÓTROFAS Y
AUTOTRÓFAS
AERÓBICAS Y
ANAERÓBICAS
Tabla 1. Algunos géneros de bacterias fijadoras de nitrógeno en forma libre, comunes en el suelo. (Tomados de Brock y Madigan, 1991 y de Orozco, 1999).
azospirillum
Bacterias crecen en el mucigel que rodea las raíces.
Utiliza mucílago como fuente de carbono para su crecimiento
Figura 12. Avena inoculada con Azospirillum brasilense y a la derecha sin inocular.
Figura 1. Ciclo del Nitrógeno
Figura 2. Procesos del ciclo del Nitrógeno
Figura 3. Fijación Industrial del Nitrógeno
Figura 4. Proceso de fijación Industrial
Figura 5. Fijación Atmosférica del Nitrógeno
Figura 7. Esquema de la Rizosfera
Figura 11. Azospirillum
Figura 8. Azotobacter venelandii
Figura 9. Azotobacter
fijación biológica DEL NITRÓGENO por asociación
Se encuentra en la rizosfera, principalmente Gramíneas
Se forman asociaciones no simbióticas con estructuras especializadas
Principal fuente los exudados radiculares de la planta
Cultivos: caña de azúcar, maíz,arroz, sorgo, trigo, cebada y pastos.
Géneros: Azospirillum (la más conocida), Bacillus, Acetobacter, Herbaspirillum y Pseudomonas.
En el suelo fijan N2 bacterias libres como:
Exudados, Secreciones y Lisatos
anabaena
Fijan N2 en simbiosis con un helecho o en forma libre.
Figura 10. Anabaena azollae
fijación biológica del nitrógeno por simbiosis
Plantas leguminosas
Bacterias del Género Rhizobium
DESARROLLO DE NODULOS RADICALES EN SOJA
ISOFLAVONOIDES Y BETAÍNAS
Proteína NodD
Filamento de infección
Bacteroides
leghemoglobina
Figura 13. Pisum sativum
Figura 14. Rhizobium leguminosarum
Figura 17. Reacción de la fuente de electrones
Figura 15. Proceso de infección de Rhizobium en la raíz
Figura 16. Esquema del proceso de infección
Figura 18. Resumen del transporte de electrones, desde NAD(P)H a N2 y H+, en tres grandes pasos. El costo energético de la fijación del N2 puede ser elevado en base a los carbohidratos utilizados. Se consumen 12 g de C orgánico por g de N2 fijado.
factores que favorecen la fijación
Buena translocación de azúcares de las hojas a los nodulos
Alta tasa transpiratoria (moviliza a la planta compuestos nitrogenados)
Nutrientes minerales
Figura 19. Ruta del amoniaco NH3 después de ser producido.
Figura 21. Proceso transpiratorio.
Tabla 2. Asociación entre plantas hospederas y Rhizobium (Tomados de Brock y Madigan, 1991 y de Orozco, 1999).
Hidrogenasa
25% de los electrones se utilizan para reducir H+ a H2, escapándose a la atmósfera, desperdiciándose E.
Cepas de Rhizobium que posean hidrogenasa activa
H2 + O2 H20 + ATP (25%)
Alta tasa fotosintética
Estado fenológico
Factores genéticos
Reducción del N2
Gran inversión de E.
– 12 g de C orgánico/ gr de N2 fijado
• Rhizobium en Leguminosas:
200- 300 kg /ha.año
• Cianobacterias: 30 kg/ha.año
• Vida libre: 300 gr/ha.año
Figura 20. Molécula de ATP
NO FAVORECE LA FIJACIÓN
Fertilización Nitrogenada
- No se une el rhizobio al pelo
- Aborto del filamento de infección
- Crece lentamente el nódulo
- Inhibe la fijación en nódulos establecidos
- Senescen más rápido los nódulos
Figura 22. Procesos inhibidos en el proceso de infección.
sistemas fijadores en la agricultura
Inoculación de la semilla
mezclar semilla con inoculante (Rhizobio)
Suspendido en
peleteado rhizobium
Figura 23. Turba
Figura 24. Proceso de peleteado.
mineralización
amonificación y nitrificación
mineralización
descomposición de la materia orgánica
Los compuestos resultantes (NH4+, NH3) son transformados por bacterias en materia mineral (mineralización)
M.O. : Principal reservorio del Nitrógeno en el suelo
Los actinomicetos descomponen quitina, celulosa y fosfolípidos
Figura 25. Mineralización del Nitrógeno.
Figura 26. Actinomiceto.
amonificación
Nitrógeno Orgánico
NH4+
T°, Bacterias aérobias, pH
NITRIFICACIÓN
Figura 27. Proceso de Nitrificación
Figura 28. Nitrobacter.
Figura 29. Nitrosomonas.
FORMAS DE PÉRDIDA DE NITRÓGENO
LIXIVIACIÓN Y DESNITRIFICACIÓN
LIXIVIACIÓN
NO3-
Arrastrado por agua de riegos o lluvias
DESNITRIFICACIÓN
LIXIVIACIÓN
Bacterias desnitrificantes que reducen
los nitratos en condiciones anaerobias
absorción y asimilación
planta
desnitrificación
Disponibilidad de Nitratos
Contenido Hídrico del Suelo
Contenido de Materia Orgánica
Temperatura
Textura del suelo
pH
Condiciones del Suelo
asimilación del nitrógeno
1. Absorción
del Nitrato
2. Reducción del Nitrato a Amonio
3. Incorporación del amonio a esqueletos carbonados para la síntesis de aminoácidos ASIMILACIÓN DEL AMONIO
absorción del nitrato
Disminuye a bajas T° y anaerobiosis
Figura 30. Proceso de lixiviación
Figura 31. Lixiviación del Nitrato
Figura 32. Proceso de desnitrificación.
Figura 33. Pseudomonas
Proceso depende de Energía metabólica
Muestra cinética de saturación
Utiliza proteína transportadora o "Carriers"
Mecanismo de Simporte, utiliza H+-ATPasa
absorción y asimilación
Figura 34. Proceso de absorción y asimilación
Figura 35. Mecanismo de transporte del Nitrato y Sulfato a través del plasmalema. El gradiente electroquímico de protones requerido para el transporte activo es mantenido por una ATPasa que, con la energía del ATP, transporta protones al exterior (adaptado de Maldonado, 1993).
REDUCCIÓN DE NITRATO A nitrito
Reacción A. Consume 2 electrones de Piridín Nucleótido
El poder reductor proviene de las reacciones lumínicas de la fotosíntesis, o en la glucólisis y respiración
Figura 36. Esquema de reducción de Nitrato a Nitrito por la NR En (Azcón, Bieto y Talón, 2000)
Figura 39. Esquema de reducción de Nitrito a Amonio por la NiR. En: Azcón, Bieto y Talón, 2000)
Reacción B. Requiere 6 electrones donados por la ferredoxina (Fd) reducida
NR: Enzima citosólica
2 Isoformas: NADH y NADPH
reducción de nitrito a amonio
NiR. Enzima plastídica
2 Grupos prostéticos.
Clster Fe-S y Hemo especializ
MODELO ESTRUCTURAL DE LA NITRATO REDUCTASA
Figura 38. Modelo Estructural y funcional de la nitrato reductasa en plantas. En cada una de las dos subunidades de la enzima se diferencian 3 regiones (correspondientes a cada dominio de los tres grupos prostéticos) que se hallan unidas entre sí por regiones de bisagra sensibles a proteasas. Las flechas indican la dirección del flujo de electrones desde el NADH hasta el nitrato.
Figura 37. Nitrato reductasa
nitrato reductasa
citosol
NITRITO REDUCTASA
CLOROPLASTOS O PROTOPLASTIDIOS
Figura 40. Proceso de la nitrito reductasa
Figura 41. Proceso general NR y NiR
regulación de la actividad nr y nir
Inhibida por:
• Productos de asimilación del NH4 + (glutamina)
• oscuridad
• NO3-
• LUZ
• azúcares
• Mo
• Hojas jóvenes
Reguladores positivos
ASIMILACIÓN DEL AMONIO
Figura 42. Procesos metabólicos que generan Amonio en los tejidos vegetales y su asimilación y transporte AS: Asparragina sintetasa, AT: Aminotransferasas, GDH: Glutamato Deshidrogenasa, GOGAT: Glutamato Sintasa, GS: Glutamina Sintetasa (Adaptado de Maldonado, 1993).
ciclo gs-gogat
ciclo gs-gogat
Figura 43. Asimilación del Amonio por el Ciclo GS-GOGAT.
glutamina sintetasa
Masa Molecular: 320-360 kDa
glutamato sintasa
GOGAT: glutamina:2-oxoglutarato amido transferasa
gogat
Ferredoxina
FdGOGAT
NADH
NADH-GOGAT
monomérica-150kDa
Agrupación sulfoférrica y flavinas (FAD y FMN)
Cloroplastos - GS cloroplástica
Flavoproteína de 1 solo péptido-200kDa
Agrupación sulfoférrica
Más abundante en tejidos no fotosintéticos
(Raíces, nódulos, tejidos etiolados)
Nitrogenasa, Leghemoglobina GS1
Dividida en
Figura 44. Genes e isoformas de glutamina sintetasa GS en Phaseolus vulgaris. Adaptado de B. G. Forde J.V. cullimore. en: Oxford Surveys of plant molecular and Cell Biology (1989)
síntesis de asparagina
El Nitrógeno es incorporado en los demás aminoácidos por reacciones de TRANSAMINACIÓN
AT: Aminotranferasa
se localizan en: citoplasma, mitocondria, cloroplasto, glioxisomas, peroxisomas. Son poco específicas por su sustrato.
Requiere fosfato de piridoxal
TRANSAMINACIÓN
Cómo se distribuye al resto de la planta?
TRANSPORTE A DISTINTOS ÓRGANOS DE LA PLANTA
intoxicación del nitrógeno
Proteolisis
Desintegración de membrana
Inhibe la formación de ATP
Destrucción de Clorofila y Cloroplastos
La asimilación del N es un proceso
íntimamente conectado con el metabolismo del C
La asimilación del N necesita:
Poder reductor (NADH Y Fered).
ATP (fotosíntesis, glucolisis, respiración).
Esqueletos carbonados
transformaciones de nitrógeno durante desarrollo de la planta
Figura 45. Distribución del N en la planta
Figura 46. Transporte de N en toda la planta de la raíz a las hojas.
Figura 47. Transporte a distintos órganos
Figura 48. Amonio
Figura 49. Vacuola
Figura 50. Transformación de N durante desarrollo de la planta.
CICLO DE LA UREA
FUNCIONES DEL NITRÓGENO EN LA PLANTA
componente de la clorofila
fotosíntesis
encontrado en las auxinas
SE ENCUENTRA LOS aminoácidos
Figura 51. Ciclo de la Urea
Figura 52. Clorofila
Figura 53. Biosintesis del AIA
Figura 58 Metionina
Figura 59 Triptófano
Figura 61. Cisteina.
ENCONTRADO EN FOSFOLÍPIDOS
ácidos nucleicos
Formando Nucleótidos y Nucleósidos
ciclo del nitrógeno
encontrado en citoquininas
Figura 60. Asparagina
Figura 62 . Glutamina
COMPONENTE DE COENZIMAS
FAD
ATP
FUNCIONES FIsiOLóGICAS DEL NITRóGENO EN LA PLANTA
Promueve el crecimiento rápido

Resistencia a enfermedades

Ayuda a incrementar la tolerancia a estrés
Crecimiento en la etapa vegetativa y la antesis
NAD
COMPONENTE DE METABOLITOS SECUNDARIOS
ALCALOIDES
BETALAINAS
Figura 64. Cafeína.
Figura 65. Betanina
Figura 54. Citoquininas A. Zeatina B. Cinetina
Figura 55. Estructura de un fosfolipido
Figura 56. Bases nitrogenadas
Figura 57. ADN
Figura 58. ARN
Figura 63 principales coenzimas
sintomas de deficiencia de nitrógeno
Absorción: nitrato NO3-, amonio NH4+
Elemento móvil: Hojas más viejas
CLOROSIS GENERAL
HOJAS AMARILLAS COMPLETAMENTE
TALLOS DELGADOS
SENESCENCIA TEMPRANA DE LAS HOJAS VIEJAS
ACUMULACIÓN DE ANTOCIANINAS
REDUCCIÓN DEL CRECIMIENTO
Figura 66. Síntomas de clorosis por Nitrógeno
Figura 67. Hojas Amarillas cloróticas por falta de nitrógeno
Figura 68. Tallos delgados por carencia de N en Phaseolus vulgaris
Figura 69. senescecnia de hojas por deficiencia en N
Figura 70. Acumulacion de Antocianinas en la especie Solanum lycopersicum
Figura 71. Planta con deficiencia de Nitrógeno y sin deficiencia
sintomas de exceso de nitrógeno
ABUNDANTE FOLLAJE POCOS FRUTOS
Figura 72. Color verde oscuro con abundante follaje pero un crecimiento pequeño de la raíz con caída de las flores y baja producción de fruto.
retraso de la antésis y de la formación de semilla
Figura 73. Retraso de la floración.

• Aparece gomosis en árboles frutales (exudación de goma por tronco y ramas)
gomosis
Figura 74. Gomosis (Phytophthora spp.)
mayor sensibilidad al ataque de ácaros
Figura 75. Ácaros
conclusiones
Se comprendió que la fijación que se puede dar de tres formas Industrial, Atmosférica y Biológica, para formar NH4+
Se determinó la importancia del género Rhizobium en la fijación biológica por simbiosis, en la formación de nódulos radicales (bacteroides), encargados de la transformación de N2 a NH3.
Se distinguieron los procesos de mineralización, (amonificación y nitrificación), lixiviación y desnitrificación, como parte fundamental del ciclo del nitrógeno.
Se interpreto la función de la nitrato reductasa y la nitrito reductasa en la formación de NH4+, y de la Glutamina sintetasa y Glutamato sintasa en la formación de compuestos nitrogenados orgánicos (Asparagina y glutamina).
bibliografía
- AZCON-BIETO, J. Y TALON, M., 1993. Fisiología y Bioquímica Vegetal. Capítulo 9: Fijación de nitrógeno. Capítulo 10: Asimilación del nitrógeno y del azufre. IMcGraw-Hill Interamericana de España, Madrid.
- BAÑADOS, P., 1993. Reservas nitrogenadas. Seminario "Avances recientes en nutrición de plantas frutales y vides". Pontificia Universidad Católica de Chile.
- GARDNER, F. P.; PEARCE, R.B. Y MITCHELL, R. L., 1985. Physiology of Crop Plants. Capítulo 6: Biological Nitrogen Fixation. Iowa State University Press. USA.
- GIL, G., 1993. Anormalidades en el metabolismo del nitrógeno: la intoxicación. Seminario "Avances recientes en nutrición de plantas frutales y vides". Pontificia Universidad Católica de Chile.
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