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Sintomas de deficiência e funções dos minerais em plantas cultivadas em solução nutritiva

OBJETIVO: Adquirir prática no preparo e manuseio de soluções nutritivas utilizando-se de um experimento envolvendo a caracterização de sintomas de algumas deficiências minerais e os efeitos da toxicidade do alumínio e da anoxia/hipoxia em plantas cultivadas em hidroponia.

 INTRODUÇÃO

No estudo da nutrição mineral das plantas, não se faz indicação do solo, pois, além de sua heterogeneidade e complexidade, é difícil de conhecer a sua exata composição química. Para contornar tal obstáculo, várias técnicas foram desenvolvidas.

A cultura em solução nutritiva – cultura hidropônica – é uma técnica que consiste em cultivar plantas com suas raízes submersas em uma solução de água e sais minerais de composição química conhecida. Os primeiros a cultivar plantas em meio líquido foram os alemães Sachs (1860) e Knop (1861), eles usaram soluções aquosas contendo N, P, S, K, Ca e Mg.

O cultivo em soluções nutritivas é uma valiosa ferramenta para se estudar os mais variados aspectos relacionados com a nutrição e metabolismo das plantas e suas relações com as variações de ambiente edáfico e climático. Atualmente, o cultivo hidropônico tem sido muitos usado em ambientes de cultivo protegido visando controle de temperatura e de agentes biológicos indesejáveis.

Entretanto, apesar dessa técnica ser uma das mais utilizadas tem como desvantagens a necessidade de aeração artificial das soluções nutritivas e de trocas constantes destas, pois suas composições químicas mudam constantemente à medida que as raízes absorvem íons. Algumas raízes apresentam absorção diferencial de íons, o que pode levar a variações do pH nas soluções nutritivas. Essas variações, por sua vez, podem influenciar o equilíbrio de oxido-redução e a forma iônica de vários elementos minerais nessas soluções.

Para evitar as desvantagens da cultura hidropônica, têm-se usado meios sólidos, podendo ser areia lavada ou vermiculita. Tais meios são irrigados periodicamente com soluções nutritivas, fornecendo-lhes, portanto, os elementos minerais necessários. Contudo, esse método não pode ser empregado no estudo de micronutrientes, pois aqueles meios podem apresentar quantidades variáveis destes elementos. Além desse fato, torna-se difícil a obtenção de raízes intactas para análise, pois parte do sistema radicular é, em geral, perdida quando removido do suporte.

Os vegetais autotróficos requerem vários elementos que são essenciais para seu crescimento e desenvolvimento. Carbono, oxigênio e hidrogênio são obtidos a partir de CO2, H2O e O2 (molecular), sendo que os demais elementos essenciais são requeridos como íons inorgânicos. Os elementos requeridos em maiores quantidades são chamados MACRONUTRIENTES: estes são 9: C, H, O, N, P, K, S, CA e Mg. Sete elementos são requeridos em pequenas quantidades, sendo eles chamados MICRONUTRIENTES, estes elementos são: Fe, Mn, B, Cu, Zn, Mo e Cl. Existem os elementos que são requeridos por algumas espécies mas não são por outras.

Como regra geral, recomenda-se que o potencial osmótico (Ys) da solução não ultrapassa 1,2 atm, embora haja variação no potencial osmótico das células radiculares (YR) entre diferentes espécies. Recomenda-se que as soluções nutritivas apresentem em torno de -0,7 a -0,8 atm de potencial osmótico. Uma vez que, se o potencial de água no meio (YM) for maior que o potencial de água na raiz (YR), o sentido da água será do meio para a raiz; logo, de maneira inversa, a alta concentração de sais no meio a solução nutritiva pode levar à plasmólise das células radiculares.

Os elementos minerais que compõem uma solução nutritiva são fornecidos por sais que contenham estes elementos, atentando-se para o preparo de uma solução nutritiva balanceada que permita a demanda nutricional de cada mineral pela espécie vegetal cultivada. Já existe na literatura várias soluções nutritivas balanceadas utilizadas para o cultivo de várias espécies, com pequenas adaptações. Na tabela 1 está apresentada uma destas soluções com a sua respectiva composição de nutrientes e metodologia de preparo.

 Tabela 1 – Solução nutritiva de HOAGLAND OU JOHANSON et al., modificadaS.
SAIS P.M. CONC. (S.E.)
g/l
(S.F.)
mL.L-1
N
(224)
P
(62)
K
(235)
Ca
(160)
Mg
(24)
S
(32)
KNO3 101.1 1M 101,1 6.0 84 235
Ca(NO3)2. 4H2O 236.16 1M 236,16 4.0 112 160
NH4H2PO4 115.08 1M 115,08 2.0 28 62
MgSO4 . 7H2O 246.49 1M 246,49 1.0 24 32
KCL 74.55 50 mM 3,728
H3BO3 61,84 25 mM 1,546  

 

 

1,0

Mi cronutrientes
(ppm)
MnSO4 . H2O 169,01 2 mM 0,338 Cl 1,77
ZnSO4 . 7H2O 287,55 2 mM 0,575 B 0,27
CuSO4 . 5H2O 249,71 0,5 mM 0,125 Mn 0  ,11
H2MoO4(85%)MoO3 161,97 0,5 mM 0,081 Zn 0,131
Fe-EDTA 346,08 20 mM 6,922 1,0 Cu 0,032
Mo 0,050
Fe 1,120

 

A demonstração da essencialidade de alguns elementos micronutrientes, em plantas cultivadas em soluções nutritivas sem estes elementos, e a partir da propagação de sementes, não possibilita, a maioria das vezes, a observação dos sintomas típicos de deficiência destes micronutrientes. A causa, é devido serem as sementes dotadas de quantidades destes micronutrientes, capazes de satisfazerem as necessidades para o crescimento e desenvolvimento destas plantas. Quanto maior o tamanho da semente, presumivelmente, maior é a dificuldade para evidenciar os sintomas típicos daquelas deficiências. Uma solução, seria obter plantas de sementes oriundas de mães cultivadas em soluções deficientes e posteriormente submetê-las aos tratamentos desejados de deficiência mineral.

Quando se trabalha com plantas em soluções nutritivas e pretende-se um grande rigor, já um certo número de precauções a observar como (1) aeração; (2) manter o nível dos elementos na solução pela reposição de sais absorvidos ou mesmo renovando as soluções; (3) compensação da água evapo-transpirada; (4) correlação e/ou manutenção diária do pH, mudanças no pH devido absorção rápida de alguns íons, como por exemplo NO3, eliminação de CO2 pelas raízes, etc; (5) guardar soluções no escuro para evitar crescimento de algas; (6) escolha do recipiente; e outros.

Mesmo com estas precauções a serem observadas, o que dificulta muito a condução de trabalhos, as soluções hidropônicas têm sido muito usadas para demonstrar e estudar a essencialidade da nutrição mineral em plantas.

 

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento será executado em casa-de-vegetação, utilizando-se plantas da(s) espécie(s) indicada(s) pelo instrutor.

Colocar as sementes da(s) espécie(s) a ser(em) estudada(s) para germinarem em caixas de areia lavada. Após 12 dias de germinação, selecionar plântulas quanto à uniformidade e transportá-las para solução nutritiva completa “um quarto da força” (Tabela 3) contida em recipientes de plástico de 8.000 ml. Em cada recipiente deverá estar duas plântulas. O cultivo prévio em solução nutritiva completa é para promover maior desenvolvimento e uniformidade nas plântulas, bem como, evitar o pronunciamento precoce das deficiências (especialmente macronutrientes), o que dificultaria as observações.

As plântulas após 15 dias de permanência na solução nutritiva completa serão transplantadas para as soluções tratamentos, conforme orientação da Tabela 3. As soluções estoques utilizadas na preparação das diferentes soluções nutritivas deficientes estão indicadas na Tabela 2.

 

Tabela 2. Soluções estoques (já prontas) para a preparação de diferentes soluções nutritivas.
  COMPOSTO QUÍMICO(1) MOLARIDADE (g/L)(2)
A KNO3 1M 101,1
B Ca(NO3)2 . 4H2O 1M 236,2
C NH4H2PO4 1M 115,1
D MgSO4 . 7H2O 1M 246,5
E NH4NO3 1M 80,0
F CaSO4 . 2H2O 0,01M 1,72
G NaNO3 1M 85,0
H KH2PO4 1M 136,0
I K2SO4 0,5M 87,6
J (NH4)2SO4 1M 132,1
K MgCl2 . 6H2O 1M 203,3
L Na2SO4 1M 142,0
M CaCl2 1M 111,0
N Fe EDTA 20mM 6,922
O H3BO3 25mM 1,546
P MnSO4 . H2O 2mM 0,338
Q ZnSO4 . 7H2O 2mM 0,575
R CuSO4 . 5H2O 0,5mM 0,125
S H2MoO4 . (85% MoO3 0,5mM 0,081
T Al2(SO4)3 0,5mM 0,135
  • Todos os compostos químicos devem ser puros para análise (p.a.).
  • Todos os compostos químicos devem ser dissolvidos em água destilada ou desmineralizada.
  • Dissolver em um pouco de água quente antes de completar o volume.
  • Não misture as soluções estoques concentradas para evitar precipitação.
Tabela 3. Volumes de soluções (em mL) a serem tomados para o preparo de 1 litro das soluções nutritivas(1)
SOLUÇÃO NUTRITIVA SOLUÇÕES ESTOQUES     
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T
Completa   + ar 6 4 2 2 2 2 2 1 1
Completa    – ar 6 4 2 2 2 2 2 1 1
Sem N 2 200 2 4 2 2 2 2 1 1
Sem P 6 4 2 1 2 2 2 1 1
Sem K 4 2 2 3 2 2 2 1 1
Sem Ca 6 2 2 3 2 2 2 2 1 1
Sem Mg 6 4 2 2 2 2 2 1 1
Sem S 6 4 2 2 2 2 2 1 1
Sem Fe 6 4 2 2 2 2 1 1
Sem B 6 4 2 2 2 2 1 1
Sem Mn 6 4 2 2 2 2 1 1
Sem Zn 6 4 2 2 2 2 2 1
Completa + Al

 (13,5 ppm)

6 4 2 2 2 2 2 1 1
Tratamento  X

OBSERVAÇÃO: A critério do professor os tratamentos poderão ser alterados

QUESTIONÁRIO

1)      Qual o potencial osmótico (YS) da solução nutritiva?

2)       (a) Uma solução de KNO3 tem 84 ppm de N. Quantos ppm tem de K?

      (b) Qual o volume de uma solução Ca(NO3)2 . 4H2O (1M) necessário para se obter 10 litros de uma solução com 160 ppm de Ca? Quantos ppm de N tem nesta solução?

3)      Qual a concentração dos macronutrientes (ppm) e dos micronutrientes (ppb) na solução nutritiva completa?

4)      Qual o pH inicial e o final na primeira semana de cultivo nas soluções-tratamentos: completa, sem potássio, sem nitrogênio? Como você explica as diferenças no pH dessas soluções?

5)      Qual é o elemento deficiente na solução “X” de cada grupo?

6)      Acompanhe o desenvolvimento das deficiências minerais, descrevendo-as e ao mesmo tempo procure relacioná-las com as funções fisiológicas dos nutrientes ausentes.

7)      Acompanhe o desenvolvimento dos sintomas de toxicidade do alumínio e da baixa disponibilidade de oxigênio procurando  descrevê-los e ao mesmo tempo relacioná-los com os processos fisiológicos da planta.

8)      Quais os principais cuidados que deverão ser tomados no cultivo de plantas em SN, especialmente envolvendo a condução deste experimento?

9)      Observe os sintomas apresentados pelas plantas cultivadas na ausência de aeração e na presença de alumínio.

10)  Por que os sintomas de deficiência de fósforo e potássio aparecem primeiro nas folhas mais velhas das plantas?

11)  Por que os sintomas de deficiência de cálcio, boro e ferro aparecem primeiro nas zonas meristemáticas?

12)  Quais são as principais vantagens e desvantagens do cultivo de plantas em solução nutritiva visando estudos científicos e o uso comercial?

13)  Discorra sobre todos os detalhes da importância do controle do pH e do nível de fósforo no meio de cultivo quando se pretende estudar alumínio em SN?