UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS SETOR DE FISIOLOGIA VEGETAL
ANÁLISE MINERAL E ESTUDO DA DEFICIÊNCIA NUTRICIONAL NUTRICIONAL DE PLANTAS EM CULTIVO HIDROPÔNICO
EMANUELA GARBIN MARTINAZZO SARA DOUSSEAU SUERLANI A. FERREIRA MOREIRA THIAGO CORREA DE SOUZA
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Lavras, MG DEZEMBRO, 2007
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Lavras, MG DEZEMBRO, 2007
EMANUELA GARBIN MARTINAZZO SARA DOUSSEAU SUERLANI A. FERREIRA MOREIRA THIAGO CORREA DE SOUZA
ANÁLISE MINERAL E ESTUDO DA DEFICIÊNCIA NUTRICIONAL NUTRICIONAL DE PLANTAS EM CULTIVO HIDROPÔNICO
Relatório de aulas práticas, apresentado como requisito parcial, das exigências da disciplina Laboratório de Bioquímica e Metabolismo de Plan Planta tass – DBI DBI 581, 581, do curs cursoo de Fisi Fisiol olog ogia ia Vegetal/Agronomia, nível de Mestrado.
Profº Dr. Luiz Édson Mota de Oliveira Drº Alessandro Carlos Mesquita
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Lavras, MG DEZEMBRO, 2007
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ÍNDICE
1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................7 2 REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................................... 9 2.1 NUTRIENTES MINERAIS.............................................................................................. 9 2.1.2 Classificação dos nutrientes .................................................................................... 10 2.1.2 Formas de absorção e transporte de nutrientes........................................................ 12 2.1.3 Fatores que afetam a absorção de nutrientes............................................................ 18 2.1.3 Funções dos nutrientes............................................................................................. 23 2.2 DEFICIÊNCIAS NUTRICIONAIS................................................................................ 25 2.2.1 Técnicas para o estudo da deficiência nutricional ...................................................25 2.2.2 Sintomas de deficiência nutricional......................................................................... 26 2.3 ANÁLISE MINERAL.................................................................................................... 35 2.3.1 Métodos analíticos para analise mineral.................................................................. 36 2.3.2 Preparo da amostra para análise mineral.................................................................. 37 2.3.3 Extração dos elementos minerais da amostra ......................................................... 38 2.3.3 Determinação do teor de nitrogênio total (Método de Kjeldahl) ............................ 39 2.3.4 Determinação do teor de alumínio (método da Aluminona).................................... 42 2.3.3 Espectroscopia de emissão atômica por chama ...................................................... 43 2.4.1 Tipos de sistema hidropônico..................................................................................47 2.4.2 Vantagens e desvantagens do sistema hidropônico................................................. 51 2.5 SOLUÇÕES NUTRITIVAS........................................................................................... 53 2.5.1 Utilização das soluções nutritivas............................................................................ 53 2.5.2 Formulações de soluções nutritivas......................................................................... 53 2.5.2 Cuidados no preparo da solução nutritiva................................................................ 55 3 OBJETIVOS.......................................................................................................................... 59 4 MATERIAL E MÉTODOS................................................................................................... 60 4.1 ANÁLISE MINERAL.................................................................................................... 60 4.1.1 Extração e determinação do teor de nitrogênio total (Método de Kjeldahl)............ 61 4.1.3 Extração de alumínio, cobre, ferro, cálcio e fósforo (Digestão Nitroperclórica) ..... 62 4.1.4 Determinação do teor de cobre, ferro, cálcio e fósforo............................................ 62 4.1.5 Determinação do teor de alumínio (Método da Aluminona)................................... 62 4.2 ESTUDO DAS DEFICIÊNCIAS NUTRICIONAIS DE PLANTAS EM HIDROPONIA ............................................................................................................................................... 63 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................................... 70 5.1 ANÁLISE MINERAL.................................................................................................... 70 5.2 ESTUDO DAS DEFICIÊNCIAS NUTRICIONAIS DE PLANTAS EM HIDROPONIA ............................................................................................................................................... 71 5.2.1 Alterações morfológicas decorrentes da hipoxia..................................................... 71 5.2.2 Alterações morfológicas decorrentes deficiência de nutrientes ............................... 72 a) Sintomas visuais da deficiência de ferro....................................................................... 73 b) Sintomas visuais da deficiência de cálcio..................................................................... 73 c) Sintomas visuais da deficiência de nitrogênio.................................................................. 74
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d) Sintomas visuais da deficiência de potássio......................................................................... 75 e) Sintomas visuais da deficiência de boro....................................................................... 76 6 CONCLUSÕES.....................................................................................................................79 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................... 80
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1 INTRODUÇÃO
A análise elementar da matéria seca de uma planta mostra que cerca de 90% do total dos elementos correspondem ao C, H e O; e o restante, aos minerais. Esses elementos minerais presentes nos tecidos vegetais são oriundos de processos fotossintéticos e podem ser classificados em essenciais e benéficos. Um elemento para ser considerado essencial deve ser fundamental para que a planta complete o seu ciclo de vida e participar diretamente do metabolismo. Eles são denominados de nutrientes e podem ser classificados, conforme as quantidades exigidas pelas plantas, em macronutrientes e micronutrientes. Enquanto que os elementos benéficos não são essenciais, mas favorecem o desenvolvimento de algumas plantas. Os nutrientes são absorvidos na forma iônica, alguns como cátions e outros como ânions. Para que um elemento chegue até o xilema ele precisa entrar na célula, seja ainda no tricoma radicular ou posteriormente, quando ele precisa vencer a barreira da endoderme. Sendo assim, cada nutrientes atravessa a membrana celular com a ajuda de proteínas transportadoras específicas presentes nas membranas, denominadas canais, carreadores e bombas. Os fatores que mais influenciam a absorção de nutrientes em uma solução, são o pH e a interação entre os elementos presentes no meio (inibição e sinergismo). O pH influencia na solubilidade dos nutrientes e conseqüentemente na disponibilidade dos mesmos para as plantas. As interações entre os nutrientes podem estar relacionados a fatores antagonísticos ou sinergísticos, sendo respectivamente, quando a presença de um nutriente causa a indisponibilização do outro, e quando a presença de um nutriente aumenta ou facilita a absorção do outro.
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8 Os nutrientes apresentam diversas funções nos vegetais e a sua deficiência causa umaa seri um seriee de sint sintom omas as cara caract cter erís ísti tico coss para para cada cada elem element ento. o. Quan Quando do os sint sintom omas as de deficiência deficiência aguda são relacionados relacionados a um nutriente nutriente em particular, particular, uma pista importante importante é a extensão com que ele pode ser reciclado de folhas mais velhas para as mais jovens. Se um nutriente é móvel, o sintoma de sua deficiência será evidenciado primeiramente em folhas mais velhas, enquanto que por outro lado, se for imóvel, será nas folhas jovens. Através Através da técnica técnica do nutriente nutriente faltante, podem-se obter informações informações importantes, importantes, como como a defi defini niçã çãoo de quais quais nutr nutrie ient ntes es são são defic deficie ient ntes es,, a impo import rtân ânci ciaa rela relati tiva va dess dessaa deficiência, deficiência, a velocidade velocidade de redução redução da fertilida fertilidade de do solo e a referência referência semiquantitat semiquantitativa iva da neces necessi sidad dadee de aduba adubaçã ção. o. Ness Nessee ti tipo po de técn técnic icaa se util utiliza iza o cult cultiv ivoo em sist sistem emaa hidropônico, com soluções nutritivas. As soluções nutritivas fornecem os nutrientes essenciais ao desenvolvimento das plantas. Porém, para cada espécie e condições de cultivo existe uma solução nutritiva mais adequada, dependendo da exigência nutricional. Esta exigência refere-se às quantidades de nutrientes que uma cultura extrai da solução nutritiva para atender suas necessidades, crescer e produzir adequadamente. Alguns fatores devem ser observados em um cultivo hidropônico, como o suprimento do nitrogênio tanto na forma de amonio (NH4+) quanto de nitrato (NO3-), o fornecimento de ferro juntamente com compostos quelantes, a oxigenação, a manutenção do pH, volume e condutividade elétrica da solução. Para obtermos informações sobre aspectos relacionados com a produção agrícola, como o acúmulo e a extração de nutrientes pela colheita de diferentes órgãos (raízes, tubérculos, caule, grãos e frutos), bem como para a diagnose foliar, efetua-se a análise química do tecido vegetal, através de procedimentos específicos para cada nutriente.
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2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 NUTRIENTES MINERAIS A análise elementar da matéria seca de uma planta mostra que cerca de 90% do total dos elementos correspondem ao C, O, H; o restante, aos minerais. O estudo do modo como as plantas obtém e utilizam os nutrientes minerais é chamado de nutrição mineral. Essa área de pesquisa é de fundamental importância tanto para a agricultura moderna quanto para a proteção ambiental. A aqui aquisi siçã çãoo de comp compos osto toss quím químic icos os por por um orga organi nism smoo para para supr suprir ir o seu seu metabolismo é chamada de nutrição. O metabolismo compreende os processos pelos quais os compostos químicos (nutrientes) são utilizados para o crescimento e manutenção dos vegetais. Os nutrientes podem, principalmente, ser convertidos em compostos estruturais ou ser usados como fonte de energia. As plantas, por serem organismos organismos autotróficos, autotróficos, não dependem dependem do fornecimento fornecimento de compos composto toss ricos ricos em ener energi giaa produ produzi zidos dos por por outr outros os orga organi nism smos os,, como como,, ocor ocorre re aos aos hetero heterotró trófi ficos cos.. Elas Elas sintet sintetiza izam m os compos compostos tos necess necessári ários os para para o seu desenv desenvolv olvime imento nto através do processo fotossintético, no qual utilizam minerais, água e CO2, para produção de carboidratos e O2.
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2.1.2 Classificação dos nutrientes
a) Elementos essenciais Um elemento para ser considerado essencial deve atender os três critérios da essencialidade, propostos por Arnon & Stout (1939): a sua deficiência impede que a planta complete o seu ciclo de vida, além de não poder ser substituído por outro com propriedades similares (Ex: Na x K); ele deve participar diretamente no metabolismo da planta; seu benefício não deve estar somente relacionado ao fato de melhorar as características do solo, melhorando o crescimento da microflora ou algum efeito similar. Sendo assim, os elementos químicos considerados essenciais são denominados de nutrientes e podem ser classificados, conforme as quantidades exigidas pelas plantas, em macronutrientes e micronutrientes (figura 1). Essa classificação é utilizada sob o ponto de vista da nutrição mineral de plantas e da fertilidade do solo.
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Figura 1: Quadro dos níveis adequados no tecido de elementos que podem ser requeridos pela planta. Fonte: TAIZ E ZEIGER (2004)
O conteúdo mineral dos tecidos vegetais é variável, dependendo do tipo de planta, das condições climáticas durante o período de crescimento, da composição química do meio e da idade do tecido, entre outros fatores.
b) Elementos benéficos Alguns elementos não são essenciais, mas são classificados como benéficos para o desenvolvimento de algumas plantas, como o Na, Si e Co. O sódio é normalmente muito tóxico para os vegetais. No entanto ele é importante para as espécies que possuem
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12 fotossíntese do tipo C4. É interessante notar que boa parte das plantas halófitas (resistentes ao sódio) são de fotossíntese C4. Sabe-se que nessas plantas, o sódio seja necessário para a entrada de piruvato na célula do mesofilo onde ele regenera o fosfoenolpiruvato (PEP), que é substrato da enzima PEPCase. Em plantas que acumulam silício, este é depositado como sílica (SiO 2) amorfa na parede celular. O Si contribui para as propriedades da parede celular, incluindo rigidez e elasticidade. Além disso, o Si previne a herbivoria já que prejudica o aparelho bucal de insetos mastigadores. Plantas de arroz deficientes em Si são mais susceptíveis ao acamamento e ao ataque de fungos. O cobalto é necessário para as bactérias que fixam nitrogênio e, por conseguinte, é imprescindível para as leguminosas que estão fazendo simbiose com esses organismos. Contudo, plantas supridas com nitrogênio não necessitam mais de cobalto. Embora não seja essencial para plantas, o cobalto faz parte da vitamina B12, a qual é essencial para os animais. Nesse caso, é interessante que as plantas acumulem esse elemento, principalmente aquelas empregadas em pastagens.
2.1.2 Formas de absorção e transporte de nutrientes Os nutrientes são absorvidos na forma iônica, alguns como cátions (por ex., NH4+, K +, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+), e outros como ânions (por ex., NH3-, SO43-, H2PO4-, PO43-, Cl-). Para que um elemento chegue até o xilema ele precisa entrar na célula, seja ainda no tricoma radicular ou posteriormente, quando ele precisa vencer a barreira da endoderme. Sendo assim, cada nutrientes atravessa a membrana celular com a ajuda de proteínas transportadoras específicas presentes nas membranas, denominadas canais, carreadores e bombas. NITROGÊNIO O N é absorvido predominantemente pelas raízes e nas formas de NO3- e NH4+, sendo que normalmente o NO3- é a fonte preferencial, contudo, varia em função da espécie da planta e de alguns fatores ambientais. Entre esses fatores destacam-se o pH , a temperatura e o teor de carboidratos nas raízes. Geralmente, em pH próximo a neutro o
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13 NH4+ é o mais absorvido e cai à medida que o pH se abaixa. Em temperaturas mais baixas o NH4+ é absorvido mais rapidamente. Em presença de maior teor de carboidratos a absorção de NH4+ é favorecida (talvez pelo maior suprimento de carbono e energia para assimilação do NH3-). A uréia pode ser absorvida diretamente pelas raízes e folhas das plantas, mas geralmente sua absorção é menor que a do NO3-. O nitrogênio absorvido pelas raízes é metabolizado nas raízes ou é transportado para a parte aérea através do xilema. A forma como o N é transportado depende da forma absorvida (NO3- ou NH4+) e do metabolismo das raízes. Muito do NH4+ absorvido é, geralmente assimilado nas raízes enquanto o NO3- é metabolizado nas raízes ou transportado para a parte aérea como tal. Para que o N seja incorporado aos compostos orgânicos ele deve estar reduzido a NH3-, pela ação de enzimas redutoras. O processo de redução ocorre com a atuação de enzimas como a redutase do nitrato e redutase do nitrito. A redução do nitrato é uma reação enzimática que pode ocorrer nas células das raízes ou das folhas, sendo sua atividade maior nas folhas, embora isso dependa da espécie e do desenvolvimento da planta. A redutase do nitrato, uma flavo-proteina, é enzima induzida pelo substrato e localiza-se no citoplasma, especialmente em células meristemáticas, obtendo o NAD (P) H de células fotossintetizadoras através do ciclo de Calvin nas plantas C-3 (gliceraldeído fosfato). Nas células da raiz, o NADH provém da respiração. Assim nota-se uma estreita relação entre o metabolismo do nitrogênio (nitrato) e a fotossíntese e respiração. O NO3- produzido não se acumula nos tecidos vegetais, em condições aeróbias. A enzima redutase do nitrato catalisa a conversão do NO3- a NH4+. Nas folhas essa redução ocorre nos cloroplastos e nas raízes ela ocorre nos plastídeos. A incorporação do nitrogênio, na forma de amônia, a compostos orgânicos tem sido descrita principalmente pelas vias: -Via desidrogenase glutâmica (GDH) nos mitocondrias das folhas e raízes formando ácido glutâmico; -Via glutamina sintetase (GS) / glutamato sintase (GOGAT) resultando em, ácido glutâmico nos cloroplastos.
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14 A via GS/GOGAT é preferencial para a introdução do NH4+ em aminoácidos de plantas superiores. A GS tem alta afinidade pelo substrato e é capaz de incorporar NH4+ em baixas concentrações. Quando NH4+ é incorporado nas raízes, é convertido principalmente a amidas (glutamina e asparagina), as quais são transportadas para os demais órgãos das plantas. A partir do ácido glutâmico são formados todos os demais aminoácidos, pela ação de aminotransferases ou transaminases. FÓSFORO As raízes das plantas são capazes de absorver fosfato de soluções com concentrações muito baixas desse ânion. Geralmente o conteúdo de fosfato nas células das raízes e na seiva do xilema é cerca de 100 a 1000 vezes maior que o da solução do solo. Isso mostra que o fosfato é absorvido pelas células da planta, contra um gradiente de concentração muito grande e, portanto, a absorção é ativa. A absorção de fosfato é considerada como sendo feita por intermédio do co-transportador de H+. O pH no apoplasto não só controla a concentração de H2PO4- , mas também o seu mecanismo de absorção. Assim, na mesma concentração de H2PO4- no apoplasto (2,5 μM), a absorção de fosfato no pH 4 é três vezes maior que no pH 6. A capacidade de absorção ativa de fosfato difere entre as espécies de plantas e pode mesmo diferir entre cultivares da mesma espécie. Há dúvidas se compostos orgânicos de fósforo são absorvidos pelas raízes das plantas em grandes quantidades. Em plantas jovens de cevada, o fósforo presente em polifosfatos é absorvido somente depois de hidrolisados para a forma de ortofosfato. O fosfato absorvido pelas plantas envolve-se rapidamente em processos metabólicos, sendo que depois de apenas 10 minutos, cerca de 80% do fosfato absorvido já pode ser incorporado a compostos orgânicos. POTÁSSIO Uma característica importante do potássio é a alta taxa com que ele é absorvido pelos tecidos das plantas. Essa rápida absorção de potássio é dependente da permeabilidade ao potássio relativamente alta, das membranas das plantas, a qual provavelmente resulta de ionóforos localizados na membrana, o que torna possível sua difusão facilitada.
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15 Os ionóforos, como valinomicina e eniatina, podem funcionar como carregadores no transporte de cátions através da membrana. Do lado externo da membrana, o íon hidrofólico liga-se ao ionóforo lipofílico, formando um complexo lipofílico. O complexo lipofílico difundi-se através da membrana , para libertar o íon do lado interno da membrana, deixando o ionóforo livre para difundir-se de volta para o lado externo da membrana e então complexar um outro cátion. A direção do transporte segue o gradiente eletroquímico de tal forma que tanto a importação como a exportação devem ser medidos por carregadores. Essa alta permeabilidade da membrana ao potássio, pode também conduzir à uma considerável saída de potássio da célula, se a atividade metabólica for suprimida. A retenção de potássio na célula depende principalmente do potencial negativo da mesma. Se esse potencial negativo é diminuído, por exemplo, afetando-se a respiração, a capacidade de retenção de K+ é também diminuída. Além dessa absorção passiva de potássio, comandada pela atividade da ATPase, um processo de absorção ativa de potássio foi relatado e ocupa importante papel em baixas concentrações de potássio (< 0,5 mM) na solução externa. CÁLCIO As formas iônicas de Ca2+ existentes na solução do solo, são absorvidas pelas plantas por interceptação radicular e fluxo de massa. São escassos os estudos sobre a assimilação desse nutriente. MAGNÉSIO As formas iônicas de Mg2+, existentes na solução do solo, são absorvidas pelas plantas por interceptação radicular e fluxo de massa. Assim como para ao cálcio, são escassos os estudos sobre a assimilação desse nutriente. ENXOFRE O enxofre é absorvido pelas plantas essencialmente na forma de íons sulfatos presentes na solução do solo, através de processo ativo. O movimento desses íons para a superfície radicular ocorre predominantemente por fluxo de massas. Além de SO42- tem se
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16 afirmado que as plantas podem absorver do solo aminoácidos contendo enxofre e S elementar. Pelas folhas e frutos as plantas podem também absorver SO2 da atmosfera, que passa através do estômato, sendo distribuído para a planta. O transporte das raízes para a parte aérea ocorre pelo xilema, principalmente na forma inorgânica de SO42-. O sulfato para ser assimilado pela planta necessita ser reduzido a sulfeto, num mecanismo semelhante ao que ocorre com o nitrato. Seguramente duas etapas foram identificadas nesse processo: a ativação do sulfato e a redução do sulfato. Um ponto importante a destacar é praticamente a uniformidade dos autores em afirmar que a cisteína é o primeiro produto estável na assimilação do sulfato. BORO Formas solúveis de boro são facilmente disponíveis para as plantas , que podem absorvê-lo como ácido bórico não dissociado, bem como outras espécies presentes no meio. Acredita-se que a propriedade do ácido bórico de formar complexos com polissacarídeos tem uma importante função no processo passivo. Aparentemente, o boro em solução move-se para as raízes através do fluxo de água, até que ocorra um equilíbrio entre os níveis do elemento nas raízes e na solução. Devido a esta absorção passiva, quantidades tóxicas são absorvidas pelas plantas quando o nível do boro na solução é alto. CLORO O cloro é absorvido pelas raízes e pelas folhas na forma Cl- e tem grande mobilidade na planta.
COBRE O cobre é absorvido com Cu2+ e Cu-quelato e a concentração do mesmo nas plantas é baixa, geralmente entre 2 a 20 mg/kg matéria seca. A sua absorção parece ocorrer por processo ativo e existem evidências de que este elemento inibe o fortemente a absorção do zinco e vice-versa.
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17 O cobre tem forte afinidade com o átomo de nitrogênio do grupo amino e parece que compostos nitrogenados solúveis, como os aminoácidos, atuam como carregadores deste nutriente no xilema e no floema. Uma quantidade considerável do cobre presente nos tecidos parece estar ligada á plastocianina e a alguma fração protéica. Há também uma tendência do acúmulo do elemento em órgãos reprodutivos das plantas, embora isto varie entre as cultivares. FERRO A absorção de ferro pelas plantas é metabolicamente controlada e ele pode ser absorvido como Fe3+ , Fe2+ e Fe–quelato. A capacidade das raízes em reduzir Fe3+ para Fe2+ parece ser fundamental na absorção deste cátion por muitas plantas. É aceito que o ferro preciso ser reduzido antes de entrar nas células, sendo que no espaço livre aparente esse elemento precisa estar presente na forma iônica ou como quelato. O Fe3+ quelato é reduzido muito mais rapidamente do que o FeCl3. A velocidade de redução do ferro depende do pH, sendo maior em pH baixo. Em exsudados do xilema o ferro parece ocorrer na forma não quelatizada, embora seu transporte seja controlado por citrato. Em tecidos de plantas, formas móveis deste elemento tem sido identificadas como citratos e ferrodoxinas solúveis. Tanto a absorção quanto ao transporte deste elemento em plantas são fortemente afetados por fatores da planta e ambientais, tais como pH e concentração de cálcio e fósforo. MANGANÊS Em todos os trabalhos sobre absorção e distribuição de manganês nas plantas tem sido encontradas amplas evidencias de que a sua absorção é controlada metabolicamente, aparentemente de uma forma similar a aquele que ocorre para outros íons como Mg2+ e Ca2+. Entretanto, a absorção passiva desde elemento também pode ocorrer, principalmente quando o metal encontra-se em níveis elevados na solução. O manganês parece ser facilmente absorvido pelas plantas quando ocorre na forma solúvel no solo, existindo uma relação direta entre o teor solúvel do elemento no solo e a
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18 concentração na planta. Por outro lado, existe uma correlação de manganês nas plantas e o aumento do pH e uma correlação positiva com a matéria orgânica. MOLIBDÊNIO O molibdênio é o micronutriente exigido em menor quantidade pelas plantas e é também o que ocorre em menor concentrações nos solos. Ele é absorvido como molibdato e sua absorção é proporcional a sua concentração na solução do solo, que pode ser reduzida pelo efeito competitivo do SO24-. Embora não existam evidências diretas, acredita-se que o molibdênio seja absorvido metabolicamente. ZINCO Formas solúveis de zinco são prontamente absorvidas e se tem encontrado uma correlação linear entre absorção pelas plantas e concentração do nutriente no substrato. A velocidade de absorção do zinco difere grandemente entre as espécies e depende do meio de cultivo. A composição da solução de nutrientes, particularmente a presença de cálcio, é de grande importância. Não existe um consenso na literatura se a absorção do zinco ocorre de forma ativa ou passiva. Alguns autores sugerem que a absorção do é metabólica. A forma em que o zinco é absorvido pelas raízes também não é bem conhecida. Existe, entretanto, uma concordância de que a forma predominante absorvida é a de Zn2+, podendo também o ser na de Zn - quelato.
2.1.3 Fatores que afetam a absorção de nutrientes Os fatores que mais influenciam a absorção de nutrientes em uma solução, são o pH e a interação entre os elementos presentes no meio (inibição e sinergismo).
a) pH da solução O pH influencia na solubilidade dos nutrientes e conseqüentemente na disponibilidade dos mesmos para as plantas (Figura 2). O ideal é chegar-se a um valor
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19 intermediário de pH onde todos os nutrientes estejam disponíveis, sendo o valor geralmente recomendado, entre 5,5 a 6,5.
Figura 2 Relação entre o pH da solução e a disponibilidade de diversos nutrientes. Adaptado de Malavolta et al. (1989).
Em pH
≥
7,0 todos os macronutrientes estão disponíveis para as plantas, mas o
zinco, o cobre, o manganês e o ferro, ficam insolúveis, pois precipitam na forma de hidróxidos. Por outro lado, em pH ácido, devido a uma maior concentração de hidrogênio, esses micronutrientes ficam na forma reduzida, se tornando mais solúveis e portanto, mais disponíveis às planta, podendo levar a fitotoxidez. Quando presentes juntos em solução, o molibdênio tende a ficar adsorvido ao alumínio ou ao ferro, portanto, se elevar o pH, sua disponibilidade é aumentada devido a precipitação do ferro e do alumínio, na forma de hidróxidos. A precipitação do alumínio também é interessante, pois para muitas plantas, esse elemento é tóxico. Se considerarmos as plantas se desenvolvendo em um substrato com cargas, o pH da solução afeta a disponibilidade dos nutrientes, não só pelo efeito na precipitação, mas como também na capacidade de troca de cátions (Figura 3).
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Figura 3 Princípio da troca de catiônica na superfície de uma partícula de solo.
De acordo com o princípio da troca catiônica na superfície de uma partícula de solo, os cátions se mantêm ligados à superfície das partículas, porque a superfície é carregada negativamente. A adição de um cátion com o potássio (K +), pode deslocar outro cátion como o cálcio (Ca2+), de sua ligação na superfície da partícula de solo e torná-la disponível para a absorção pelas raízes. Nos solos brasileiros há o predomínio de cargas dependentes de pH, como a caulinita e óxidos de ferro e alumínio. Minerais que desenvolvem cargas independentes de pH (cargas permanentes), como montmorilonita, ilita e vermiculita (substituição isomórfica) são presentes em solos brasileiros em baixa concentração.
b) Efeitos interiônicos Como a solução do solo apresenta uma gama altamente heterogênea de íons, a presença de um pode modificar a velocidade de absorção de outro, devido às interações entre os nutrientes. Sendo assim, interações entre nutrientes é a influência ou ação recíproca de um elemento (nutriente) sobre o outro, relativa ao crescimento das plantas, ou seja, é a resposta diferencial de um nutriente em combinação com vários níveis (doses), de um segundo elemento, aplicado simultaneamente (Olsen, 1972).
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21 Segundo Malavolta (1987), os tipos de interações entre nutrientes, que afetam a sua absorção, estão relacionados a fatores antagonísticos e sinergísticos. Antagonismo é quando a presença de um nutriente causa a indisponibilização do outro, apesar deste estar presente em quantidade suficiente no solo. Por outro lado, sinergismo é quando a presença de um nutriente aumenta ou facilita a absorção do outro. A indisponibilização de um nutriente por outro pode ser causada diretamente pela sua combinação e precipitação na solução do solo, ou pela inibição no sítio de absorção do íon. Esse tipo de inibição está relacionado com os mecanismos de absorção e pode ser competitiva ou não. Inibição competitiva é quando a diminuição na absorção de um nutriente é causada pela combinação de outro com um sítio ativo do carregador (competição pelo carregador transportador para dentro da planta). Pode ser contornada aumentando a concentração do nutriente. Por outro lado, na não-competitiva, a diminuição na absorção é causada pela combinação do elemento com um sítio não-ativo do carregador, que o torna incapaz de se ligar ao nutriente para promover a absorção. Nesse caso, a concentração do nutriente não afeta sua ocorrência. Na figura 2 está apresentado os casos mais comuns de efeitos de um íon sobre a absorção de outro.
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Figura 4: quadro de Exemplos de efeitos interiônicos.
Relações entre macronutrientes: N – K O potássio afeta a absorção do nitrato e sua redução nos tecidos vegetais. No tecido do trigo por exemplo, teores adequados de potássio determinam a atividade da enzima sintetase glutamina. De uma forma geral, o potássio estimula a síntese protéica nas folhas. Mg – P Esta interação é um caso de sinergismo: O magnésio é co-fator de enzimas ligadas ao metabolismo do fósforo na planta, o mecanismo não é totalmente conhecido, mas há dados empíricos mostrando esta interação positiva. Ca, Mg e K Trata-se de uma interação eletrostática: os Cátions bivalentes (Ca e Mg) são atraídos com mais força pelas partículas do solo. A única forma de se contrapor este efeito é
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23 aumentando a concentração de K. Por outro lado, excesso de Ca e/ou Mg no solo via de regra dificultam a absorção do K Castro & Menengueli (1989). Relações entre macro e micronutriente P – Mo Evidencias indicam um sinergismo entre P e Mo. Em princípio o P afeta a liberação do Mo das células das raízes para o sistema de translocação na planta (Olsen, 1972). B – Ca Estudos mostram interrelação positiva, inclusive estabelecendo uma relação ótima, que seria de 500:1 no caso da soja. A adição de Ca previne o aparecimento de efeitos tóxicos do B (Olsen, 1972). Por outro lado, excesso de calcário (ou carbonatos livres no solo) levam a adsorção do B, podendo levar a deficiência (Kabata-Pendias & Pendias, 1984). P – Zn O antagonismo entre P e Zn, normalmente provocado por altas doses de fertilizantes fosfatados, é conhecida desde 1936 e seu mecanismo pouco esclarecido. A solução para o problema é simplesmente adicionar Zn na adubação (Olsen, 1972). S – Mo O enxofre dificulta a absorção do Mo pelas plantas. Devemos ter cuidado ao utilizar fertilizantes com altos teores de S ou mesmo ao aplicarmos gesso agrícola, principalmente se ele tiver histórico de deficiência de Mo.
2.1.3 Funções dos nutrientes Segundo alguns pesquisadores, a classificação dos nutrientes em macro e micro é difícil de ser justificada do ponto de vista fisiológico. Sendo assim, Menguel & Kirkby (1987), propuseram uma classificação, na qual divide os nutrientes em quatro grupos
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24 básicos, que leva em consideração os processos bioquímicos e as funções fisiológicas nas plantas (Tabela 2).
O primeiro grupo compreende os elementos essenciais que fazem parte dos compostos de carbono e assimilados por meio de reações bioquímicas, envolvendo oxidoredução. O segundo grupo constitui-se dos elementos que são importantes em reações de armazenagem de energia e na manutenção da integridade estrutural. Esses compostos estão comumente presentes em tecidos na forma de fosfatos, boratos e ésteres de silicatos, em que o grupo elementar está ligado a hidroxila de uma molécula orgânica. No terceiro grupo estão presentes nos tecidos na forma iônica livre ou ligados a substancias tais como ácidos pécticos, presentes na parede celular. Esses elementos são fundamentais como co-fatores enzimáticos e na manutenção do potencial osmótico. Já no quarto grupo, perfazem os nutrientes que desempenham importantes funções em reações envolvendo transporte de elétrons.
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2.2 DEFICIÊNCIAS NUTRICIONAIS Nas condições brasileiras Malavolta et al. (1989), relatam que as deficiências de N, P, K, S, B e Zn , são mais freqüentes, em geral devido à pobreza de matéria orgânica, baixa fertilidade e acidez elevada. Contudo, características distintas podem ser observadas no que diz respeito as exigências de nutrientes pelas diferentes espécies. Essas variações de estado nutricional podem ser explicadas pelos efeitos competitivos, antagônicos ou sinergísticos em função da presença ou não de cada nutriente na fertilização (Mengel & Kirkby, 1987). A limitação pela deficiência de um nutriente modifica o estado iônico interno, o metabolismo e a morfologia externa das plantas (parte aérea e radicular), influenciando também na absorção dos nutrientes (Malavolta et al ., 1989).
2.2.1 Técnicas para o estudo da deficiência nutricional Demonstrar que um elemento é essencial exige que as plantas sejam cultivadas sob condições experimentais, nas quais apenas o elemento que está sob investigação esteja ausente. Um dos grandes problemas para a utilização de espécies nativas em plantios comerciais é o escasso conhecimento acerca de seu metabolismo, principalmente no que se refere as suas exigências nutricionais. Nesse contexto, a avaliação de exigências nutricionais de plantas pode envolver aspectos qualitativos ou quantitativos. Como passo inicial está a avaliação de caráter qualitativo, que fornece subsídios para estudos quantitativo, e constitui-se numa ferramenta simples e eficiente, que utiliza comumente a técnica do elemento faltante. A técnica do nutriente faltante é simples e segura para a identificação de deficiências nutricionais. Ela envolve o crescimento de plantas sob condições de campo ou de casa-de-vegetação, em que é testado um tratamento completo (com todos os nutrientes
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26 necessários em doses adequadas), e uma série de tratamentos incompletos, nos quais é feita a omissão de um nutriente de cada vez. De acordo com Braga (1983), para evitar que o resultado seja influenciado pela deficiência de outros nutrientes, nos tratamentos com elementos faltantes, são adicionadas fontes dos demais nutrientes em quantidades não limitantes e nem tóxicas. O mesmo cuidado deve-se ter em relação à quantidade do elemento estudado. Sanchez & Salinas (1981) consideram como deficiência severa quando a produção de matéria seca cai a 40% a menos do que o tratamento completo. Por meio da técnica do nutriente faltante, podem-se obter informações importantes, como a definição de quais nutrientes são deficientes, a importância relativa dessa deficiência, a velocidade de redução da fertilidade do solo (Chaminade, 1972) e a referência semiquantitativa da necessidade de adubação (Malavolta, 1980).
2.2.2 Sintomas de deficiência nutricional Os sintomas de deficiência nutricional em plantas são a expressão de distúrbios metabólicos resultantes do suprimento insuficiente de um elemento essencial. Tais distúrbios estão relacionados com as funções (Tabela 2), desempenhadas por esses elementos no metabolismo normal da planta. Sendo assim os sintomas de deficiências serão tratados em cada um dos quatro grupos de funções. Embora cada elemento essencial participe de diversas reações metabólicas diferentes, geralmente eles apresentam função estrutural ou regulatória. Essa forma, uma explicação para os macronutrientes serem requeridos em quantidades elevadas é o fato deles fazerem parte de moléculas essenciais para o vegetal, ou seja, possuem um papel estrutural. Por outro lado, os micronutrientes estão mais relacionados à ativação de certas enzimas, sendo esse um papel regulatório. Quando os sintomas de deficiência aguda são relacionados a um nutriente em particular, uma pista importante é a extensão com que ele pode ser reciclado de folhas mais velhas para as mais jovens. Sendo assim, alguns elementos essencial são móveis e outros imóveis (Tabela 3). Se um nutriente é móvel, o sintoma de sua deficiência será evidenciado
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27 primeiramente em folhas mais velhas, enquanto que por outro lado, se for imóvel, será nas folhas jovens. Tabela 2: Elementos minerais classificados com base em suas mobilidades dentro da planta e suas tendências de translocação durante deficiência
Moveis Nitrogênio Potássio Magnésio Fósforo Cloro Sódio Zinco Molibdênio
Imóveis Cálcio Enxofre Ferro Boro Cobre
a) Deficiências de nutrientes minerais do Grupo 1: integram compostos de carbono Este primeiro grupo consiste de nitrogênio e enxofre. A disponibilidade de nitrogênio em solos limita a produtividade das plantas na maioria dos ecossistemas naturais e agrícolas. Por outro lado, os solos geralmente contêm enxofre em excesso. No entanto, nitrogênio e enxofre têm em comum a propriedade de que seus estados de oxidaçãoredução variam amplamente. Algumas das reações mais intensas energeticamente na vida convertem formas inorgânicas altamente oxidadas, absorvidas do solo, em formas altamente reduzidas, encontradas em compostos orgânicos como aminoácidos.
NITROGÊNIO O nitrogênio é o elemento mineral que as plantas exigem em maiores quantidades. Ele serve como constituinte de muitos componentes da célula vegetal, incluindo aminoácidos e ácidos nucléicos Portanto, a deficiência de nitrogênio rapidamente inibe o crescimento vegetal. Se tal deficiência persiste, a maioria das espécies mostra clorose (amarelecimento das folhas), sobretudo nas folhas mais velhas, próximas à base da planta. Sob severa deficiência de nitrogênio, essas folhas tornam-se completamente amarelas ou castanhas) e caem da planta. Folhas mais jovens podem não mostrar inicialmente tais
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28 sintomas, pois é possível que o nitrogênio seja mobilizado a partir das folhas mais velhas. Assim, uma planta deficiente em nitrogênio pode ter folhas superiores verde claras e folhas inferiores amarelas ou castanhas. Quando a deficiência de nitrogênio desenvolve-se lentamente, é possível que as plantas tenham caules pronunciadamente delgados e comumente lenhosos. Esse caráter lenhoso pode ser devido a um acúmulo dos carboidratos em excesso, que não podem ser usados na síntese de aminoácidos ou de outros compostos nitrogenados. Os carboidratos não utilizados no metabolismo do nitrogênio podem, entretanto, ser usados na síntese de antocianina, levando ao acúmulo desse pigmento. Essa condição revela-se pela coloração arroxeada de folhas, pecíolos e caules de algumas plantas deficientes em nitrogênio, como tomate e algumas variedades de milho.
ENXOFRE O enxofre é encontrado em dois aminoácidos e é constituinte de várias coenzimas, além de vitaminas essenciais ao metabolismo. Muitos dos sintomas da deficiência de enxofre são similares aos da deficiência de nitrogênio, incluindo clorose, redução do crescimento e acúmulo de antocianinas. Tal similaridade não surpreende, pois o enxofre e o nitrogênio são constituintes de proteínas. Entretanto, a clorose causada pela deficiência de enxofre aparece, em geral, inicialmente em folhas jovens e maduras, em vez de em folhas velhas, como na deficiência de nitrogênio, porque ao contrário do nitrogênio, o enxofre não é remobilizado com facilidade para as folhas jovens, na maioria das espécies. No entanto em muitas espécies vegetais, a clorose por falta de enxofre pode ocorrer simultaneamente em todas as folhas ou até mesmo iniciar nas folhas mais velhas.
b) Deficiência de nutrientes minerais do Grupo 2: importantes na armazenagem de energia ou na integridade estrutural Este grupo consiste de fósforo, silício e boro. Fósforo e silício são encontrados em concentrações no tecido vegetal que lhes garantem a classificação como macronutrientes, enquanto o boro é muito menos abundante e considerado um micronutriente. Esses elementos estão usualmente presentes nas plantas em ligações ésteres a uma molécula e carbono.
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FÓSFORO O fósforo (como fosfato, P0 4-3) é um componente integral de compostos importantes das células vegetais, incluindo fosfato-açúcares, intermediários da respiração e fotossíntese, bem como os fosfolipídeos que compõem as membranas vegetais. É também componente de nucleotídeos utilizados no metabolismo energético das plantas (como ATP) e no DNA e RNA. Sintomas característicos da deficiência de fósforo incluem crescimento reduzido em plantas jovens e uma coloração verde escura das folhas, as quais podem encontrar-se malformadas e conter pequenas manchas de tecido morto, chamadas de manchas necróticas. Da mesma forma que na deficiência de nitrogênio, algumas espécies podem produzir antocianinas em excesso, conferindo às folhas uma coloração levemente arroxeada. Em comparação com a deficiência de nitrogênio, a coloração púrpura gerada pela deficiência de fósforo não está associada à clorose. Na verdade, as folhas podem apresentar uma coloração roxa fortemente esverdeada. Sintomas adicionais da deficiência de fósforo incluem a produção de caules delgados (mas não lenhosos) e a morte das folhas mais velhas. A maturação da planta também pode ser retardada.
SILÍCIO Algumas espécies acumulam quantidades substanciais de silicio em seus tecidos e apresentam melhoria no crescimento e na fertilidade, quando supridas com quantidades adequadas de silício (Epstein, 1999). Plantas deficientes em silício são mais suscetíveis ao acamamento (tombamento) e à infecção fúngica. O silício é depositado principalmente no retículo endoplasmático, paredes celulares e espaços intercelulares, como sílica amorfa hidratada (Si02.nH2O). Ele também forma complexos com polifenóis e, assim, serve como alternativa à lignina no reforço das paredes celulares. Além disso, o silício pode aliviar a toxicidade de muitos metais pesados.
BORO
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30 Embora o papel preciso do boro no metabolismo vegetal não seja claro, evidências sugerem que ele desempenha funções no alongamento celular, síntese de ácidos nucléicos, respostas hormonais e funcionamento de membranas (Shelp, 1993). Plantas deficientes em boro podem exibir uma ampla variedade de sintomas, dependendo da espécie e da idade da planta. Um sintoma característico é a necrose preta de folhas jovens e gemas terminais. A necrose das folhas jovens ocorre principalmente na base da lâmina foliar. Os caules ficam anormalmente rígidos e quebradiços. A dominância apical pode ser perdida, tornando a planta altamente ramificada; entretanto, os ápices terminais dos ramos logo se tomam necróticos devido à inibição da divisão celular. Estruturas como frutos, raízes carnosas e tubérculos podem exibir necrose ou anormalidades relacionadas à desintegração de tecidos internos.
c) Deficiências de nutrientes do Grupo 3: permanecem na forma iônica. Este grupo inclui alguns dos elementos minerais mais familiares: os macronutrientes potássio, cálcio e magnésio e os micronutrientes cloro, manganês e sódio. Eles podem ser encontrados em solução no citosol ou vacúolos ou podem estar ligados eletrostaticamente ou como ligantes a compostos com carbono.
POTÁSSIO O potássio, presente nas plantas como o cátion K+ desempenha um importante papel na regulação do potencial osmótico das células vegetais. Ele também ativa muitas enzimas envolvidas na respiração e na fotossíntese. O primeiro sintoma visível da deficiência de potássio é clorose em manchas ou marginal, que, então, evolui para necrose, principalmente nos ápices foliares, nas margens e entre nervuras. Em muitas monocotiledôneas, essas lesões necróticas podem formar-se inicialmente nos ápices foliares e margens e, então, estender-se em direção à base. Como o potássio pode ser remobilizado para folhas mais jovens, esses sintomas aparecem inicialmente nas folhas mais maduras da base da planta. As folhas podem também curvar-se e secar. Os caules de plantas deficientes em potássio podem ser delgados e fracos, com regiões internodais anormalmente curtas. Em milho deficiente em potássio, as raízes podem ter uma suscetibilidade aumentada a fungos da podridão radicular presentes no solo, e essa suscetibilidade, juntamente com os
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31 efeitos caulinares, resulta em uma maior tendência de tombamento da planta no solo (acamamento).
CÁLCIO Os íons cálcio (Ca2+) são utilizados na síntese de novas paredes celulares, em particular a lamela média, que separa células em divisão. O cálcio também é utilizado no fuso mitótico durante a divisão celular. Ele é requerido para o funcionamento normal das membranas vegetais e foi-lhe atribuído o papel de mensageiro secundário em várias respostas da plantas, tanto a sinais ambientais quanto a hormonais (Sanders e cols., 1999). Em sua função como mensageiro secundário, o cálcio pode ligar-se à calmodulina, uma proteína encontrada no citosol de células vegetais. O complexo calmodulina-cálcio regula muitos processos metabólicos. Sintomas característicos da deficiência de cálcio incluem a necrose de regiões meristemáticas jovens, como os ápices radiculares ou folhas jovens, nas quais a divisão celular e a formação de paredes são mais rápidas. A necrose em plantas em lento crescimento pode ser precedida por uma clorose generalizada e um curvamento para baixo das folhas. As folhas jovens também podem parecer deformadas. O sistema radicular de uma planta deficiente em cálcio pode mostrar-se acastanhado, curto e altamente ramificado. Pode haver redução severa no crescimento, se as regiões meristemáticas da planta morrerem prematuramente.
MAGNÉSIO Em células vegetais, os íons magnésio (Mg+2) têm um papel específico na ativação de enzimas envolvidas na respiração, fotossíntese e síntese de DNA e RNA. O magnésio também é parte da estrutura em anel da molécula de clorofila. Um sintoma característico da deficiência de magnésio é a clorose entre as nervuras foliares, ocorrendo, primeiro, nas folhas mais velhas por causa da mobilidade de tal elemento. Esse padrão de clorose ocorre porque a clorofila nos feixes vasculares permanece inalterada por períodos mais longos que a clorofila nas células entre os feixes. Se a deficiência é muito grande, as folhas podem tornar-se amarelas ou brancas. Um sintoma adicional da deficiência de magnésio pode ser a abscisão foliar prematura.
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CLORO O elemento cloro é encontrado nas plantas como o íon cloreto (Cl-). Ele é necessário para as reações de quebra da molécula de água da fotossíntese, pelas quais o oxigênio é produzido.. Além disso, o cloro pode ser necessário para a divisão celular tanto em folhas quanto em raízes (Harling e cols., 1997). Plantas deficientes em cloro desenvolvem murcha dos ápices foliares, seguida por clorose e necrose generalizadas. As folhas podem também exibir crescimento reduzido. Eventualmente, as folhas podem assumir uma coloração bronzeada (“bronzeamento”). As raízes de plantas deficientes em cloro podem parecer curtas e grossas junto aos ápices radiculares. Os íons cloreto são muito solúveis e geralmente disponíveis nos solo porque a água do mar é carregada para o ar pelo vento e distribuída sobre o solo quando chove. Portanto, a deficiência de cloro é desconhecida nas plantas que crescem em hábitats nativos ou agrícolas. A maioria das plantas geralmente absorve cloro em níveis muito maiores do que os necessários ao funcionamento normal.
MANGANÊS Os íons manganês (Mn+2) ativam várias enzimas nas células vegetais. As descarboxilases e desidrogenases envolvidas no ciclo de Krebs em particular, são especificamente ativadas pelo manganês. A função mais bem- definida do manganês é a da reação fotossintética pela qual o oxigênio é produzido a partir da água (Marschner 1995). O sintoma principal da deficiência de manganês é a clorose internervura, associada com o desenvolvimento de pequenas manchas necróticas. Essa clorose pode ocorrer em folhas jovens ou mais velhas, dependendo da espécie vegetal e da taxa de crescimento.
SÓDIO A maioria das espécies que utiliza as rotas C4 e CAM de fixação do carbono requer íons sódio. Nestas plantas, o sódio parece ser vital para a regeneração do fosfoenolpiruvato, substrato da primeira carboxilação nas rotas C4e CAM (Johnstone e cols., 1988). Sob deficiência de sódio, essas plantas exibem clorose e necrose ou deixam de florescer. Muitas espécies C3 igualmente se beneficiam de uma exposição a baixos níveis de íons sódio. O
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33 sódio estimula o crescimento por meio de uma maior expansão celular, além de poder parcialmente substituir o potássio como um soluto osmoticamente ativo.
d) Deficiências de nutrientes do Grupo 4: envolvidos em reações redox Este grupo de cinco micronutrientes inclui os metais ferro, zinco, cobre, níquel e molibdênio, os quais podem sofrer oxidações e reduções reversíveis, além de desempenharem importantes funções na transferência de elétrons e na transformação de energia. Usualmente são encontrados em associação com moléculas maiores, como citocromos, clorofila e proteínas (normalmente enzimas).
FERRO O ferro tem um importante papel como componente de enzimas envolvidas na transferência de elétrons (reações redox), como citocromos. Nesse papel, ele é reversiveimente oxidado de F+2 a Fe+3 durante a transferência de elétrons. Da mesma forma que na deficiência de magnésio, um sintoma característico da deficiência de ferro é a clorose internervura. Ao contrário dos sintomas de deficiência de magnésio, tais sintomas aparecem inicialmente nas folhas mais jovens porque o ferro não pode ser prontamente mobilizado das folhas mais velhas. Sob condições de deficiência extrema ou prolongada, as nervuras podem tomar-se cloróticas também, fazendo com que toda a folha se torne branca. As folhas tornam-se cloróticas porque o ferro é necessário para a síntese de alguns dos complexos clorofila-proteína no cloroplasto. A baixa mobilidade do ferro deve-se, provavelmente, à sua precipitação nas folhas mais velhas na forma de óxidos ou fosfatos insolúveis ou à formação de complexos com a fitoferritina, uma proteína de ligação de ferro encontrada na folha e em outras partes da planta (Oh e cols., 1996). A precipitação do ferro diminui a subseqüente mobilização do metal para dentro do floema, para o transporte de longa distância.
ZINCO
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34 Muitas enzimas requerem íons zinco (Zn2+) para suas atividades, e este elemento pode ser exigido para a síntese de clorofila em algumas plantas. A deficiência de zinco é caracterizada pela redução do crescimento intemodal, e, como resultado, a planta apresenta um hábito de crescimento rosetado, no qual as folhas formam um agrupamento circular que se irradia no solo ou perto dele. As folhas podem ser também pequenas e retorcidas, com margens de aparência enrugada. Tais sintomas podem resultar da perda da capacidade de produzir quantidades suficientes da auxina ácido indolacético. Em algumas espécies (milho, sorgo, feijoeiro), as folhas mais velhas podem tornar-se cloróticas entre as nervuras e, então, desenvolver manchas necróticas brancas. É possível que a clorose seja uma expressão da necessidade de zinco para a síntese de clorofila. COBRE Como o ferro, o cobre está associado com enzimas envolvidas em reações redox, sendo reversivelmente oxidado de Cu+ a Cu+2. Um exemplo de tal enzima é a plastocianina, a qual está envolvida no transporte de elétrons durante as reações dependentes de luz da fotossíntese (Haehnel, 1984). O sintoma inicial da deficiência de cobre é a produção de folhas verde escuras, que podem conter manchas necróticas. As manchas necróticas aparecem primeiro nos ápices das folhas jovens e então se estendem em direção à base da folha, ao longo das margens. As folhas podem também ficar retorcidas ou malformadas. Sob deficiência extrema de cobre, há possibilidade de as folhas caírem prematuramente.
NÍQUEL A urease é a única enzima que se conhece em plantas superiores que contém níquel, embora microrganismos fixadores de nitrogênio exijam níquel para a enzima que reprocessa parte do gás hidrogênio gerado durante a fixação (hidrogenase de captação de hidrogênio). Plantas deficientes em níquel acumulam uréia em suas folhas e, em conseqüência, apresentam necrose nos ápice foliares. Plantas cultivadas em solo raramente, ou mesmo nunca, mostram sinais de deficiência de níquel, pois as quantidades requeridas de níquel são minúsculas.
MOLIBDÊNIO
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35 Os íons molibdênio (Mo+4 até Mo+6) são componentes de várias enzimas, incluindo nitrato redutase e nitrogenase. A nitrato redutase catalisa a redução do nitrato a nitrito durante sua .assimilação pela célula vegetal; a nitrogenase converte o gás nitrogêneo a amônia em microrganismos fixadores de nitrogênio. O primeiro indicativo da deficiência de molibdênio é a clorose generalizada entre as nervuras e a necrose das folhas mais velhas. Em algumas plantas, como couve-flor e brócolis, por exemplo, as folhas podem não se tornar necróticas, mas, por outro lado, pódem parecer retorcidas e, subseqüentemente, morrer. Há possibilidade de a formação de flores ser impedida ou de as flores caírem prematuramente. Como o molibdênio está envolvido tanto com a redução do nitrato quanto com a fixação de nitrogênio, a deficiência de molibdênio pode acarretar uma deficiência de nitrogênio, caso a planta dependa da fixação simbiótica de nitrogênio. Embora as plantas necessitem apenas de pequenas quantidades de molibdênio, alguns solos suprem níveis inadequados. Pequenas adições de molibdênio nesses solos podem melhorar bastante o crescimento de culturas e forrageiras a um custo desprezível.
2.3 ANÁLISE MINERAL A análise química do tecido vegetal pode ser utilizada para obtermos informações sobre aspectos relacionados com a produção agrícola, como o acúmulo e a extração de nutrientes pela colheita de diferentes órgãos (raízes, tubérculos, caule, grãos e frutos), bem como para a diagnose foliar. Através da diagnose foliar determina-se qual o teor adequado nas folhas fisiologicamente maduras ou outro órgão representativo da planta, para que cada cultura possa atingir 90-95% da produtividade, levando-se em conta o fator econômico para se atingir tal índice de produção. Com base nesse teor e outros aspectos agronômicos, como a cultivar e o tipo de cultivo, são determinadas as estratégias de adubação. Segundo Malavolta et al. (1989), a composição de macro e micronutrientes do tecido foliar estão diretamente ligadas à absorção, translocação e ao transporte a longa distância desses elementos.
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2.3.1 Métodos analíticos para analise mineral A metodologia utilizada para a determinação dos nutrientes no tecido vegetal pode ser dividida em métodos volumétricos, gravimétricos e instrumentais.
a) Métodos volumétricos Os métodos volumétricos são um grupo de procedimentos quantitativos baseados na determinação da concentração de um constituinte de uma amostra a partir de uma reação, em solução, deste com um reagente de concentração conhecida, acompanhada pela medida de quantidades discretas de solução adicionada. Trata-se de determinar a concentração de uma espécie de interesse em uma amostra a partir do volume (ou massa) de uma solução com concentração exatamente conhecida (solução padrão) necessária para reagir quantitativamente com esta amostra em solução (solução problema). A determinação da concentração de uma solução (solução problema) a partir de sua reação quantitativa com uma quantidade conhecida de uma substância que é pura (padrão primário) é chamada de titulação de padronização, ou simplesmente padronização. Neste caso, após ter sua concentração determinada, a solução problema passa a ser uma solução padronizada. Destes, o mais usado para analise mineral é a titulação, que corresponde ao processo de adição de quantidades discretas de um dos reagentes, geralmente com o auxílio de uma bureta, no meio reacional para quantificar alguma propriedade. Quando se pretende encontrar uma concentração, a titulação é um procedimento analítico e, geralmente, são feitas medidas de volume, caracterizando as titulações volumétricas; mas, em alguns casos, pode-se monitorar a variação gradual de uma outra grandeza, como a massa, caso das titulações gravimétricas, ou a absorção da luz, como nas titulações espectrofotométricas.
b) Métodos gravimétricos
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37 A medida final é o peso de um constituinte da amostra, ou seja, pode-se monitorar a variação gradual de uma outra grandeza, como a massa, caso das titulações gravimétricas, para se obter a concentração de uma solução.
c) Métodos instrumentais Métodos baseados na medida de propriedades físicas (ópticas, elétricas, térmicas, entre outras) com o uso de instrumentos apropriados, mais complexos que os requeridos pela gravimetria e/ou volumetria. Em outras palavras, métodos instrumentais seriam aqueles com uso de equipamentos elétricos para medidas. Impropriamente, esta classificação não considera os equipamentos volumétricos, tais como bureta, proveta e pipeta, nem a balança, mesmo eletrônica, como instrumentos. No entanto, esta divisão é amplamente difundida e encontrada na literatura. Os métodos analíticos instrumentais que surgiram apresentavam vantagens como rapidez, simplicidade, seletividade e sensibilidade; sendo alguns particularmente apropriados para a determinação de baixas concentrações da espécie de interesse (μg L-1 e, em alguns casos, até pg L-1). Com isso, estes métodos foram ganhando aceitação cada vez maior e passaram a ser introduzidos nos laboratórios de indústrias e centros de pesquisa.
2.3.2 Preparo da amostra para análise mineral O material vegetal deve ser devidamente identificado e conduzido imediatamente para limpeza, secagem, moagem e armazenagem.
a) Limpeza A amostra fresca deve ser lavada agitando-a por alguns segundos em água destilada contendo um pouco de detergente. Em seguida enxaguadas com água destilada, em porções sucessivas, para remover todo o detergente. Secá-las levemente e em papel absorvente.
b) Secagem O material vegetal é colocado em sacos de papel perfurados, devidamente identificados, mantidas em estufas com circulação de ar e com temperatura variando entre
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c) Moagem Deve-se utilizar de preferência moinho de aço inóx tipo Willey, para evitar contaminação da amostra principalmente com ferrugem. A amostra moída deve passar por peneira de malha 1mm ou 20 mesh, que deve estar acoplada ao moinho.
d) Armazenagem As amostras moídas podem ser acondicionadas em frascos de vidro com tampa plástica, devidamente identificadas.
2.3.3 Extração dos elementos minerais da amostra Para a determinação dos teores de nutrientes nas plantas, normalmente é necessária a transformação da matriz orgânica (amostra de tecidos vegetais) em uma forma inorgânica simples. A extração refere-se à fase de retirada dos nutrientes dos compostos orgânicos aos quais ele faz parte ou estando adsorvidos aos mesmos. Os principais tipos de extração são a digestão ácida a quente e a digestão por via seca, nos quais a matéria orgânica (MO) da amostra é totalmente oxidada.
a) Digestão ácida a quente Compreende a digestão sulfúrica, para se determinar o teor de nitrogênio total da amostra, e a digestão nítrico-perclórica, que é utilizada na determinação de P, S, Ca, Mg, K, Fe, Mn, Cu, Zn, Ni, Na, Al e Rb.
b) Digestão via seca (incineração) Através da incineração da amostra via seca, determina-se o boro, alumínio, molibdênio e cobalto.
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2.3.3 Determinação do teor de nitrogênio total (Método de Kjeldahl) O termo “Nitrogênio Kjeldahl Total (NKT)” refere-se à combinação de amônia e nitrogênio orgânico. O método de determinação de NKT foi desenvolvido em 1883 por Johan Kjeldahl, e tornou-se um método de referência para determinação de nitrogênio. Apresenta como principal vantagem o uso de uma aparelhagem extremamente simples e pouco onerosa (Ferreira et al ). De acordo com Bremner (1965) e Keeney & Bremner (1967), o método clássico Kjeldahl é satisfatório para a análise de Ntotal para a maioria dos compostos nitrogenados que ocorrem nos solos e plantas. Entretanto, não apresenta resultados satisfatórios quando estão presentes compostos com ligações N-N e N-O. O método clássico Kjeldahl compreende duas etapas: (1) digestão da amostra para converter N orgânico a íon amônio (N-NH4+) e (2) determinação do N-NH4+ digerido, após destilação com álcali. O sulfato de amônio resultante da digestão é aquecido com uma base, desprendendo amônia (NH3), conforme reação abaixo: NH4+ + OH- ↔ NH3 + H2O. A amônia desprendida é então recolhida em uma solução ácida, e N-NH4+ é determinada por colorimetria, eletrodo íon seletivo ou titulação com solução padrão ácida (BREMNER, 1965; YASUHARA e NOKIHARA, 2001).
a) Digestão da amostra Na etapa de digestão, a amostra é submetida a digestão acida a quente, com ácido sulfúrico. Existem muitas variações para essa etapa do que foi sugerido originalmente por Kjeldahl, incluindo o uso de misturas digestoras com ácido sulfúrico concentrado com adição de sais para aumentar a temperatura de ebulição do ácido, catalisadores e agentes oxidantes outros que não o permanganato de potássio. São utilizados sais (K 2SO4 ou Na2SO4), para aumentar a temperatura de ebulição do H2SO4, e catalisadores, tais como Se, Hg ou Cu que promovem um aumento da velocidade de oxidação da matéria orgânica (BREMNER, 1965).
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40 A temperatura, que é controlada pela quantidade de K2SO4 (ou Na2SO4) empregada. Quando se utilizam baixas concentrações de K2SO4, são necessárias várias horas de digestão. Com altas concentrações, o tempo de digestão é reduzido, diminuindo os perigos inerentes à operação. Entretanto, a utilização de altas concentrações de K2SO4 apresentam a desvantagem da formação de um digerido sólido, quando arrefecido à temperatura ambiente, sendo necessário dissolvê-lo com água antes da destilação. Outra desvantagem é a formação de espuma durante a digestão de amostras de solo orgânico e perdas de N, que podem ocorrer quando a temperatura de digestão ultrapassa 400°C . Os catalisadores aumentam a velocidade de digestão, quando baixas concentrações são utilizadas, e têm praticamente nenhum efeito quando são utilizadas altas concentrações. Na produção rápida de um digerido claro, os catalisadores são apresentados em ordem decrescente: Se > Hg > Cu. Selênio não é significativamente mais eficiente que Hg quando são consideradas as velocidades de clareamento do digerido e conversão de N orgânico a N-NH4+, mas Se e Hg são consideravelmente mais eficientes que Cu. Se é um catalisador seguro e eficiente quando adequadamente utilizado, e perda de N ocorre somente quando usado em excessiva quantidade ou com grande quantidade de K2SO4 ou Na2SO4, e digestão muito prolongada. Considerando-se ambos os efeitos de clareamento do digerido e conversão de N orgânico a N-NH4+, Hg é mais eficiente que Se. Entretanto, dificulta a liberação do NH3 na destilação (BREMNER, 1965). Vários agentes oxidantes são usados, um deles já referido é o permanganato de potássio. O agente oxidante mais usado é o peróxido de hidrogênio (H2O2) e tem mostrado ser melhor nas digestões que não requerem pre-tratamento da amostra. Para amostras em que o N está na forma oxidada, como os nitratos e nitritos, é necessário efetuar um pré-tratamento antes da digestão da amostra. Os nitratos são reduzidos à amônia; a adição de ferro reduzido em meio ácido libera H+ e reduz o NO3- à amônia; os nitritos são primeiramente oxidados com permanganato à nitrato e este é posteriormente reduzido à amônia com adição do ferro reduzido em meio ácido. Um tempo mínimo para digestão de amostras é o de 5 horas a fim de assegurar completa conversão de N-orgânico à NH4+. Um período curto de tempo de digestão pode levar a inexatidão dos resultados de razão isotópica, especialmente em amostras de solo.
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41 Para alta precisão na análise de N-total de material de solo ou vegetal, a amostra deve estar seca (60oC) e bem moída (passar através de peneira de 150
µ
m: 100 “mesh”), bem
misturada e faz-se a pesagem em balança de precisão 0,01 mg. Algumas vezes a digestão é feita em amostras de solo úmido para evitar a perda de N durante a sua secagem. Controles (brancos) são incluídos em cada conjunto de amostras postas a digerir, a fim de corrigir a contribuição do N contido nos reagentes da mistura digestora e uma possível absorção de N-NH3 do ar durante a digestão. Inclui-se também amostras-controle para avaliar o desempenho da digestão. Um controle usado é padrão primário “Tris” – hidroximetil amino metano.
b) Destilação e determinação do N-NH4+ Após concluída a digestão ácida da amostra, o NH4+ resultante deve ser separado dos reagentes usados para a sua conversão, e também dos outros constituintes do extrato, para eliminar as substâncias que possam decompor o reagente hipobromito usado na oxidação de NH4+ à N2. O modo convencional de separação é conduzido por destilação da amônia da amostra por arraste de vapor em aparelhos de destilação (Figura 1). No processo de destilação em meio alcalino, todo o N da amostra é convertido a NH3.
Figura XX Aparelho destilador de amônia por arraste de vapor. Fonte: Mulvaney (1993).
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42 A amostra a ser destilada é baseificada com solução concentrada de NaOH (18 M). A amônia é destilada por arraste de vapor, sendo recebida em solução de ácido sulfúrico, clorídrico ou de ácido bórico contendo indicador. Se a amostra destilada é recebida em ácido sulfúrico ou clorídrico ela é posteriormente titulada com uma base (solução padronizada de NaOH ou KOH) e por diferença entre o número de miliequivalente do ácido antes e após a destilação calcula-se a massa de N da amostra; se ela é recebida em solução de ácido bórico contendo indicador é titulada diretamente com ácido sulfúrico ou clorídrico padronizado. Nesse ponto, determina-se a concentração de N-total da amostra. Entre destilações de uma amostra e outra é aconselhável destilar uma solução contendo ácido fórmico e etanol, ou somente etanol, que removerá algum resíduo de NH3 da última amostra que ficou aderida às paredes internas do destilador. Esse procedimento é feito para evitar contaminação entre amostras (“cross contamination”). Durante a destilação com etanol as primeiras frações do destilado é adicionado à amostra que precedeu a operação.
2.3.4 Determinação do teor de alumínio (método da Aluminona) Esse método baseia-se na interação do reagente Aluminona (C22H11O9(NH4)3, que forma um complexo rosa com o ion de alumínio, conforme figura 5.
Figura 5 Reação do método do Aluminona (http://old.ournet.md/~biochim/ghid/ch_re_cat/ch_re_cat.doc).
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43 Para esta reação, utiliza-se um tampão para manter o pH ácido e o HCl, pois o alumínio fica mais solúvel, possibilitando melhor interação. Pelo gráfico da figura ?, podese observar a solubilidade de vários compostos, dentre eles o alumínio, em função do pH.
2.3.3 Espectroscopia de emissão atômica por chama Os átomos ou as moléculas que estão excitadas a altos níveis de energia podem cair a níveis menores emitindo radiação, emissão ou luminescência. Para os átomos excitados por uma fonte de energia de alta temperatura esta emissão de luz é normalmente chamada de emissão atômica ou óptica (espectroscopia de emissão atômica), e para átomos excitados com luz é chamada fluorescência atômica (espectroscopia de fluorescência atômica). A espectroscopia de emissão atômica utiliza a medição quantitativa da emissão óptica de átomos excitados para determinar a concentração da substância a ser analisada. Os átomos do analito na solução são aspirados na região de excitação onde são dissolvidos, vaporizados e atomizados por uma chama, descarga ou plasma. Estas fontes de atomização a altas temperaturas fornecem energia suficiente para promover os átomos a altos níveis de energia. Os átomos voltam a níveis mais baixos emitindo luz. O emprego da espectroscopia de emissão por chama (fotometria de chama), é de ampla aplicação em análise elementar. Pode ser usada para análise quantitativa e qualitativa e é um método de elemento simples. Seus usos mais importantes são a determinação de sódio, potássio, lítio e cálcio em fluídos biológicos e tecidos. Na espectrofotometria de chama a amostra é introduzida na chama em forma de um aerossol e mede-se a intensidade da radiação emitida pelos átomos excitados. Para qualquer um dos métodos baseados em espectroscopia de chama, onde a amostra é uma solução líquida, deve-se encontrar um meio para introduzir o líquido em uma forma finamente dividida na chama. A obtenção de uma chama conveniente, tanto para absorção atômica quanto para emissão irá depender então de um bom maçarico. Os maçaricos se classificam em duas classes, de acordo com o fato de haver mistura dos gases combustível e oxidante anterior ou não à entrada na área da chama. O maçarico de queima total concentra a chama em uma pequena área, o que é vantagem na emissão, onde deve focalizar uma máxima quantidade de luz no detector ou no monocromatizador. Ele é um queimador seguro para se operar, não está sujeito a
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44 retrocesso explosivo. Apresenta uma desvantagem para trabalhos de absorção que o feixe de luz percorre apenas uma distância através da amostra vaporizada. A chama turbulenta desse tipo de maçarico é com freqüência desagradavelmente barulhenta. O outro tipo de maçarico é o de escoamento laminar ou premix. Misturam-se o combustível e os gases oxidantes no corpo da montagem do maçarico, junto com a amostra aspirada. A mistura então passa através de uma área contendo um ou mais obstáculos para completar a mistura antes de entrar na cabeça do maçarico. As gotas grandes do aspirador se chocam com as paredes da câmara misturadora e são removidas de modo que apenas as gotas finas encontram seu caminho para a chama. O orifício do maçarico consiste em uma fenda longa e estreita que produz uma chama não turbulenta, calma, em forma de tira. Uma desvantagem compartilhada com o maçarico de queima total é a parede de gotas grandes do atomizador. Cerca de 90% da amostra podem ir para o dreno. Quando se usam solventes mistos, há uma possibilidade de evaporação rápida do mais volátil, que tenderá a segregar o soluto de preferência nas gotas grandes, introduzindo erros significativos. Um desenvolvimento muito recomendável rompe com práticas anteriores, pois separa a conversão da solução em vapor da produção da chama, é o nebulizador sônico. Nesse dispositivo a solução da amostra é bombeada através de um tubo capilar para a superfície vibrante de um transdutor ultra-sônico. A intensa vibração de alta freqüência é muito efetiva na conversão do líquido em um fino vapor de partículas de tamanho uniforme. O vapor é recolhido por um dos gases e conduzido ao maçarico, que pode ser de qualquer tipo. O único obstáculo é o aumento de despesa devido à energia do oscilador necessária para movimentar o transdutor. Para a formação da chama no fotômetro é necessário utilizar substâncias combustíveis e oxidantes. Na prática, os únicos oxidantes usados são oxigênio, ar, e óxido nitroso. A variedade de gases combustíveis é maior e a escolha pode depender da disponibilidade. A tabela a seguir reúne as temperaturas máximas obtidas a partir de um número de combinações.
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45 Tabela XX Temperaturas máximas obtidas a partir de um número de combinações de oxidantes e combustíveis. Fonte: (http://www.ufpa.br/ccen/quimica/espectroscopia%20de%20absorcao%20atomica.htm)
Os valores para o metano e o butano são praticamente os mesmos que para o propano e assim pode-se adotar esse valor como representante para o "gás natural". Podemse usar vários tipos de gases manufaturados sem dificuldade. Para maçaricos de queima total, a combinação mais amplamente usada é oxigênio e acetileno. Para fotômetros de chama planejados apenas para metais alcalinos, é adequado usar ar comprimido com gás natural ou manufaturado. Para a absorção atômica com maçaricos premix, não se pode usar com segurança a mistura oxigênio - acetileno porque a chama se propaga tão rapidamente que é difícil evitar seu retrocesso, provocando explosão dos gases pré – misturados no corpo do maçarico. Ar e acetileno são mais freqüentemente escolhidos para esse tipo de maçarico. Óxido nitroso promete grande utilidade como oxidante com acetileno; produz uma temperatura apenas um pouco mais baixa que oxigênio – acetileno, mas sem tão grande perigo de explosão. O óxido nitroso é quase essencial na análise de elementos como alumínio, titânio e os lantanídeos, que formam óxidos refratários na chama ar – acetileno. Pode-se usar os métodos de chama para soluções não–aquosas. Se o solvente for combustível, sua presença poderá aumentar levemente a temperatura da chama, enquanto que a água a esfria por dissociação endotérmica. O processo é particularmente conveniente para metais que se podem extrair seletivamente da solução aquosa por um solvente orgânico para produzirem uma solução que se pode aspirar diretamente na chama. Um exemplo é a determinação de ferro em ligas não – ferrosas por emissão de chama após a extração de uma solução acidulada com acetilacetona. A linha de emissão é seis vezes mais intensa quando o ferro é dissolvido em acetilacetona em vez de em água.
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46 A hidroponia é uma técnica bastante difundida em todo o mundo e seu uso está crescendo em muitos países. Sua importância não é somente pelo fato de ser uma técnica para investigação hortícola e produção de vegetais; também está sendo empregada como uma ferramenta para resolver um amplo leque de problemas, que incluem tratamentos que reduzem a contaminação do solo e da água subterrânea, e manipulação dos níveis de nutrientes no produto. A hidroponia ou hidropônica, termos derivados de dois radicais gregos (hydor , que significa água e ponos, que significa trabalho), está-se desenvolvendo rapidamente como meio de produção vegetal, sobretudo de hortaliças sob cultivo protegido. Ela é uma técnica alternativa de cultivo protegido, na qual o solo é substituído por uma solução aquosa contendo apenas os elementos minerais indispensáveis aos vegetais. (Furlani et. al., 1999). O cultivo sem solo proporciona um bom desenvolvimento das plantas, bom estado fitossanitário, além das altas produtividades quando comparado ao sistema tradicional de cultivo no solo. Segundo Furlani et. al. (1999), no Brasil, tem crescido nos últimos anos o interesse pelo cultivo hidropônico, predominando o sistema NFT (Nutriente film technique). Muitos dos cultivos hidropônicos não obtêm sucesso, principalmente em função do desconhecimento dos aspectos nutricionais desse sistema de produção que requer formulação e manejo adequados das soluções nutritivas. Outros aspectos que interferem igualmente nos resultados relacionam-se com o tipo de sistema de cultivo. Para a instalação de um sistema de cultivo hidropônico, é necessário que se conheça detalhadamente as estruturas básicas que o compõem (Castellane e Araujo, 1994; Cooper, 1996; Faquin et. al., 1996; Martinez e Silva Filho, 1997; Furlani, 1998). Na hidroponia, cujos sistemas são mais caros e exigentes no manejo, as expectativas de produção em quantidade, qualidade e segurança são maiores do que nas culturas que são produzidas de forma tradicional. Uma vez que na hidroponia, a planta encontra, em ótimas condições, os elementos que necessita (água, nutrientes, oxigênio, etc.), pode haver grandes oscilações de produção, dependendo do controle correto ou incorreto dos fatores de produção fornecidos à planta.
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2.4.1 Tipos de sistema hidropônico A maioria das plantas tem o solo como o meio natural para o desenvolvimento do sistema radicular, encontrando nele o seu suporte, fonte de água, ar e minerais necessários para a sua alimentação e crescimento. As técnicas de cultivo sem solo substituem este meio natural por outro substrato, natural ou artificial, sólido ou líquido, que possa proporcionar à planta aquilo que, de uma forma natural, ela encontra no solo (Canovas Martinez apud Castellane e Araújo, 1995). Existem diversos tipos de sistemas de cultivo sem solo variando de acordo com o substrato, a estrutura e fornecimento de oxigênio: 1 Sistemas com substratos orgânicos Existem vários métodos e os mais utilizados são a serragem que se cultiva só para uma estação; os musgos, um dos primeiros meios tratados e não é considerado por alguns como meio hidropônico; a fibra de coco, recentemente tem sido adicionada como meio hidropônico e sua qualidade varia consideravelmente entre provedores, principalmente relacionado a conteúdo de sais; produtos de espuma que dão bom resultados, mas com custo elevado e produtos de madeira e géis com poucos resultados e pouca aceitação. 2 Sistemas com substratos inorgânicos Temos como sistemas com substratos inorgânicos a lã de rocha que é um material caro, é constituída de muitos espaços vazios, usualmente 97%, isto permite absorver níveis muito altos de água, enquanto que também um bom conteúdo de ar; a areia de quartzo (não a de tipo calcário como pedra caliça e areias de praia), que hoje em dia é pouco usada por trazer enfermidades nas raízes e problemas no controle de pH; a perlita feita por aquecimento de lã de rocha em água, a qual se expande muito para dar partículas aeradas com uso significativo, principalmente no oriente; a Escória que é uma rocha ligeiramente aerada, é um meio efetivo, mas pesado (800 kg/m3) sendo usado somente onde é um recurso natural local e outros como pumecita, Argila expandida e vermiculita. 3 Sistemas baseados em água Embora a água seja também um substrato inorgânico, devido as diversas técnicas que utilizam esses elemento, esse tipo de sistema será tratado em um tópico isolado.
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NFT (Técnica de Película Nutriente) (5%) Segundo Bernardes (1997), o sistema NFT é uma técnica de cultivo em água, no qual as plantas crescem tendo o seu sistema radicular dentro de um canal ou canaleta (paredes impermeáveis) através do qual circula uma solução nutritiva (água + nutrientes). O pioneiro dessa técnica foi Allen Cooper, no Glasshouse Crop Research Institute, em Littlehampton (Inglaterra), em 1965. NFT é originário das palavras NUTRIENT FILM
TECHNIQUE, que foi utilizado pelo Instituto inglês para determinar que a espessura do fluxo da solução nutritiva que passa através das raízes das plantas deve ser bastante pequena (laminar), de tal maneira que as raízes não ficassem totalmente submergidas, faltando-lhes o necessário oxigênio. No sistema NFT não há necessidade de se colocar materiais dentro dos canais, como pedras, areia, vermiculia, argila expandida, palha de arroz queimada; dentro dos canais somente raízes e solução nutritiva.O sistema NFT funciona da seguinte maneira: a solução nutritiva é armazenada em um reservatório, de onde é recalcada para a parte superior do leito de cultivo (bancada) passando pelos canais e recolhida, na parte inferior do leito, retornando ao tanque,Este sistema recircula uma fina película (lâmina) de solução nutritiva nos canais de cultivo (figura 7).
Figura 7 Solução nutritiva é bombeada na forma de uma fina película ao longo de uma canaleta rasa, banhando as raízes da planta.
Cultivo em Água (3%) A principal técnica comercial é a Técnica de Fluxo Profundo (DFT, Deep Flow Technique), onde pranchas de poliestireno flutuam sobre uma solução nutritiva aerada por
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49 recirculação(figura 8). Este é o principal sistema no Japão com 270 hectares, de cultivos de folha principalmente. Outros países onde seu uso é significativo, se encontram na Ásia, com seu uso predominante em cultivos de hortaliças de folha. O sistema de piscinas é muito usado para a produção de mudas, como por exemplo, de alface. Nessa piscina são colocadas as bandejas de isopor, deixando correr uma lâmina de solução nutritiva (aproximadamente de 4 a 5 cm) suficiente para o desenvolvimento do sistema radicular das mudas, mantendo o substrato úmido e permitindo a absorção dos nutrientes. Segundo Furlani et. al. (1999), no sistema DFT não existem canais, mas sim uma mesa ou caixa rasa nivelada onde permanece uma lâmina de solução nutritiva. O material utilizado para sua construção pode ser madeira, plástico ou fibras sintéticas (em moldes pré-fabricados). No sistema DFT as raízes das plantas permanecem submersas na solução nutritiva por todo o período de cultivo, por isso a oxigenação da solução merece especial atenção, tanto no depósito quanto na caixa de cultivo. A instalação de um “venturi” na tubulação de alimentação permite eficiente oxigenação na lâmina de solução.
Figura 8 As raízes são imersas em solução nutritiva e o ar é borbulhado através da solução
Cultivo em Cascalho (1%) O mais comum é a Técnica de Fluxo em cascalho (GFT, Gravel Flow Technique), onde os canais de NFT são cobertos com uma capa de 50 mm (2 polegadas) de
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50 cascalho.Está incluído por sua conexão histórica e é classificado como um sistema baseado em água porque sempre se usou como uma técnica de recirculação, como contínuo ou como inundação e drenagem.
Aeroponia (0,2%) Com o intuito de se conseguir maior produtividade e melhoria na eficiência e qualidade de produção em sistemas hidropônicos, têm se desenvolvido outros métodos alternativos de cultivo. A aeroponia é uma técnica de cultivo sem solo que consiste em cultivar as plantas suspensas no ar, tendo como sustentação canos de PVC que podem ser dispostos no sentido horizontal ou vertical, permitindo um melhor aproveitamento de áreas e a instalação de um número maior de plantas por metro quadrado de superfície da estufa, obtendo-se, assim, um aumento direto de produtividade.Nesse sistema não é utilizado nenhum tipo de substrato, sendo que as raízes, protegidas da luminosidade dentro dos canos, recebem a solução nutritiva de forma intermitente ou gota a gota, de acordo com esquema previamente organizado. É uma técnica onde as raízes estão suspendidas em uma neblina de solução nutritiva (figura 9). Várias formas desta técnica tem sido provadas por mais de 20 anos. Atraiu muita publicidade e existem um número de sistemas para aficcionados que estão sendo vendidos. Sua realidade comercial é tal que só se tem reportado 19 hectares na Coréia. Seu uso está limitado a um punhado de pequenas operações espalhados pelo mundo.
Figura 9 As raízes são suspensas acima da solução nutritiva, a qual é turbilhonada por um rotor motorizado gerando um spray (uma das formas de aeroponia).
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2.4.2 Vantagens e desvantagens do sistema hidropônico Vantagens -Produção de melhor qualidade: pois as plantas crescem em um ambiente controlado, procurando atender as exigências da cultura e com isso o tamanho e a aparência de qualquer produto hidropônico são sempre iguais durante todo o ano. -Trabalho mais leve e limpo: já que o cultivo é feito longe do solo e não são necessárias operações como arações, gradagens, coveamento, capinas, etc. -Menor quantidade de mão-de-obra: diversas práticas agrícolas não são necessárias e outras, como irrigação e adubação são automatizadas. -Não é necessária rotação de cultura: como a hidroponia se cultiva e meio limpo, pode-se explorar, sempre, a mesma espécie vegetal. -Alta produtividade e colheita precoce: como se fornece às plantas boas condições para seu desenvolvimento não ocorre competição por nutrientes e água e, além disso, as raízes nestas condições de cultivo não empregam demasiada energia para crescer antecipando o ponto de colheita e aumentando a produção. -Menor uso de agrotóxicos: como não se emprega solo, os insetos e microorganismos de solo, os nematóides e as plantas daninhas não atacam, reduzindo a quantidade de defensivos utilizada. -Mínimo desperdício de água e nutrientes: já que o aproveitamento dos insumos em questão é mais racional. -Maior higienização e controle da produção: além do cultivo ser feito sem o uso de solo, todo produto hidropônico tende a ser vendido embalado, não entrando em contato direto com mãos, caixas, veículos, etc. -Melhor apresentação e identificação do produto para o consumo: na embalagem utilizada para acondicionamento dos produtos hidropônicos pode-se identificar a marca, cidade de origem, nome do produtor ou responsável técnico, características do produto, etc. -Melhor possibilidade de colocação do produto no mercado: por ser um produto de melhor qualidade, aparência e maior tamanho, torna-se um produto diferenciado, podendo agregar à ele melhor preço e comercialização mais fácil. -Maior tempo de prateleira: os produtos hidropônicos são colhidos com raiz, com isso duram mais na geladeira.
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52 -Pode ser realizado em qualquer local: uma vez que seu cultivo independe da terra, pode ser implantado mais perto do mercado consumidor Desvantagens -Os custos iniciais são elevados, devido a necessidade de terraplenagens, construção de estufas, mesas, bancadas, sistemas hidráulicos e elétricos. Dependência grande de energia elétrica. O negócio para ser lucrativo exige conhecimentos técnicos e de fisiologia vegetal. Em um sistema fechado, com uma população alta de plantas, poucos indivíduos doentes podem contaminar parte da produção. Exige rotinas regulares e periódicas de trabalho (Carmo Jr., 2003). -O balanço inadequado da solução nutritiva e a sua posterior utilização podem causar sérios problemas às plantas. O meio de cultivo deve prover suporte às raízes e estruturas aéreas das plantas, reter boa umidade e, ainda, apresentar boa drenagem, ser totalmente inerte e facilmente disponível. Somente materiais inertes podem entrar em contato com as plantas (toxidez de Zn e de Cu poderão ocorrer, caso presentes nos recipientes). É essencial boa drenagem para não haver morte das raízes (Castellane e Araújo, 1995). -Emprego de inseticidas e fungicidas: No início do emprego da hidroponia, para fins comerciais, se propagava que não ocorriam pragas e doenças no referido sistema de cultivo. Hoje, sabe-se, que se pode ter esses problemas na instalação hidropônica, embora em muito menor grau em comparação com o sistema convencional. Entretanto, a decisão quanto ao uso de inseticidas e fungicidas sempre é muito difícil. Deve-se, sempre, procurar alternativas menos agressivas à saúde e ao ambiente, evitando, ao máximo, o uso de produtos químicos. Pois, caso contrário, o método perde um dos atrativos de comercialização (Teixeira, 1996). -Os equipamentos necessários para trabalhar as culturas hidropônicas devem ser mais precisos e sofisticados que para o solo, portanto, mais caros de aquisição, instalação e manutenção. A falta de inércia dos sistemas hidropônicos torna-os vulneráveis perante qualquer falha ou erro de manejo. O que se pode cultivar por Hidroponia?
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53 Praticamente tudo. Hoje em dia a alface ainda é a mais cultivada, mas pode-se plantar brócoli, feijão-vagem, repolho, couve, salsa, melão, agrião, pepino, beringela, pimentão, tomate, arroz, morango, forrageiras para alimentação animal, mudas de árvores, plantas ornamentais, entre outras espécies.
2.5 SOLUÇÕES NUTRITIVAS As soluções nutritivas fornecem os nutrientes essenciais ao desenvolvimento das plantas. Porém, não existe uma que seja adequada para todas as culturas. Para cada espécie e condições de cultivo existe uma solução nutritiva mais adequada, dependendo da exigência nutricional. Esta exigência refere-se às quantidades de nutrientes que uma cultura extrai da solução nutritiva para atender suas necessidades, crescer e produzir adequadamente. Nos primeiros estudos, a composição química das soluções nutritivas simulava a constituição da solução do solo; atualmente, a composição de uma solução nutritiva baseiase, preferencialmente, na composição química das folhas por serem os órgãos que melhor refletem o estado nutricional da planta (Parker & Norvell, 1999). Segundo Martinez (1997), as maiores diferenças entre esses dois tipos de solução residem nos teores de N, P e K, com concentrações mais elevadas nas que se baseiam na composição química foliar.
2.5.1 Utilização das soluções nutritivas As soluções nutritivas podem ser utilizadas para diversos objetivos, dentre eles, o estudo das exigências nutricionais e como veículos de adubação, seja no solo ou via foliar. Falar mais ... Dar exemplos ...
2.5.2 Formulações de soluções nutritivas Hogland & Arnon (1950), desenvolveram duas fórmulas, sendo a primeira contendo NO3- como fonte exclusiva de nitrogênio e a segunda contendo NO3- e NH4+ como fontes de
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54 nitrogênio. Posteriormente, Johnson (1957), propuseram modificações na segunda solução de Hoagland & Arnon (1950), onde propõem que as fontes de nitrogênio, NO3- e NH4+ mantivessem uma relação de 7:1, de tal modo que a solução final tivesse um comportamento semelhante ao de uma solução tampão, mantendo o pH da mesma em torno de 5,0. Sarruge (1975), propõem o balanceamento da solução de Hoagland & Arnon (1950). Atualmente, grande parte das formulações existentes resultam da modificação da solução original de Hoagland, desenvolvida a partir das exigências nutricionais do tomateiro. Esta última é a mais usada na investigação de problemas nutricionais de plantas e configura-se como a base para formulação de várias soluções nutritivas comerciais (Furlani et al., 1999). Segundo Hoagland & Arnon (1938), não há uma composição nutritiva melhor do que outra, pois as plantas possuem grande capacidade de adaptação às diferentes condições nutricionais. A solução de Hoagland modificada apresenta uma formulação mais moderna para uma solução nutritiva (Quadro XX).
Quadro XX Composição de uma solução de Hoagland modificada para cultivo de plantas.
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Uma solução de Hoagland modificada contém todos os elementos minerais necessários ao rápido crescimento das plantas. As concentrações desses elementos são estabelecidas no maior nível possível, sem produzir sintomas de toxicidade ou estresse salino e, assim, podem ser várias ordens de magnitude maiores do que as encontradas no solo ao redor das raízes. Por exemplo, enquanto o fósforo está presente na solução do solo em concentrações normalmente menores do que 0,06 ppm, na solução nutritiva ele é oferecido a 62 ppm (Epstein, 1972). Tais níveis iniciais altos permitem às plantas crescerem no meio por períodos prolongados sem reposição dos nutrientes. Muitos pesquisadores, no entanto, diluem suas soluções nutritivas em muitas vezes e as trocam com freqüência para minimizar as flutuações na concentração de nutrientes no meio e no tecido vegetal. Falar sobre a solução de Huiz ...
2.5.2 Cuidados no preparo da solução nutritiva Alguns fatores devem ser observados em um cultivo feito em solução nutritiva, são eles: Fonte de nitrogênio Uma outra propriedade importante da formulação de Hoagland modificada é que o nitrogênio é suprido tanto na forma de amonio (NH4+) quanto de nitrato (NO3-). Suprir nitrogênio em mistura balanceada de cátions e ânions tende a reduzir o rápido aumento no pH do meio, que é comumente observado quando o nitrogenio é fornecido apenas na forma do ânion nitrato (Asher & Edwards, 1983). Mesmo quando o pH do meio é mantido neutro, a maioria das plantas cresce melhor se tiver acesso tanto a NH 4+ quanto a nitrato, pois a absorção e a assimilação das duas formas de nitrogênio promovem um balanço cátion-ânion dentro da planta (Smith, 1976; Bloom, 1994). Disponibilidade de ferro
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56 Um problema significativo das soluções nutritivas é a manutenção da disponibilidade de ferro. Quando fornecido na forma de um sal inorgânico como FeSO4 ou Fe(N03)2, o ferro pode precipitar da solução como hidróxido de ferro. Se sais fosfato estão presentes, fosfato de ferro insolúvel também será formado. A precipitação do ferro na solução torna-o fisicamente indisponível à planta, a não ser que sais de ferro sejam adicionados com freqüência. Pesquisadores mais antigos abordaram o problema adicionando ferro junto com ácido cítrico ou tartárico. Compostos como esses são chamados de quelantes, pois formam complexos solúveis com cátions, como ferro e cálcio, nos quais o cátion é retido por forças iônicas, e não por ligações covalentes. Cátions que formam quelatos são, então, fisicamente mais disponíveis às plantas. Soluções nutritivas mais modernas usam os produtos químicos ácido etilenodiaminatetracético (EDTA) ou ácido dietilenotriaminapentacético (DTPA ou ácido pentético) como agentes quelantes (Sievers & Bailar, 1962). A Figura 10 mostra a estrutura do DTPA.
FIGURA 10 Estrutura química do quelante DTPA.
O destino do quelato durante a absorção do ferro pelas células radiculares não é claro; o ferro pode ser liberado do quelante quando é reduzido de Fe+3 a Fe+2 na superficie radicular. O quelante pode difundir-se de volta à solução nutritiva (ou do solo) e reagir com outro íon Fe3+ ou com outros íons metálicos. Após a absorção, o ferro é mantido solúvel
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57 por formação de quelatos com compostos orgânicos presentes nas células vegetais. O ácido cítrico pode desempenhar um papel importante na formação de quelatos com ferro e no transporte de longa distância do mesmo no xilema. Volume da solução Periodicamente deve ser monitorado o nível de água da solução nutritiva, devido a perda causada pela própria absorção radicular ou pela evaporação para a atmosfera. Como completar?? Dê exemplos ... O período de troca é variável ... Dê exemplos ... Ajuste de pH da solução nutritiva Durante o processo de absorção de nutrientes as raízes das plantas vão alterando o pH da solução nutritiva. Esse pH significa a acidez ou basicidade da solução nutritiva. As plantas têm o seu desenvolvimento máximo entre pH 5,5 a 6,5 e à medida que elas crescem elas alteram esse pH da solução nutritiva. Por essa razão diariamente após completar o volume da solução com água o pH da solução deve ser medido. Se ele estiver fora desta faixa de 5,5 a 6,5, ele deverá ser ajustado com ácido se estiver acima de 6,5. E com base caso esteja abaixo de 5,5, isto é importante para que a planta tenha condições de absorver todos os nutrientes na quantidade que ela necessitar para o seu crescimento. Condutividade elétrica À medida que as plantas crescem os nutrientes da solução vão sendo consumidos e esta solução vai se esgotando. Chega a um ponto que a solução não consegue mais fornecer os nutrientes necessários ao desenvolvimento das plantas. Nesse ponto a solução deve ser trocada. Um dos maiores problemas é saber quando esta troca deve ser realizada. É muito comum que se usem intervalos iguais entre trocas, o que não é correto, pois no início do desenvolvimento as plantas consomem muito menos que no final do seu desenvolvimento. Para contornar esta situação a maneira mais fácil e simples é usar um condutivímetro, que é um aparelho que mede a condutividade elétrica da solução. Uma solução que contêm sais tem a capacidade de conduzir a corrente elétrica. Essa capacidade
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58 de condução da corrente elétrica é tanto maior quanto maior a concentração de sais dissolvidos na solução. Assim através da redução na condutividade elétrica é possível saber quando é necessário fazer a troca da solução nutritiva. A condutividade deve ser medida a cada 3 ou 4 dias e portanto saberá qual o momento adequado para se trocar a solução.
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3 OBJETIVOS
Este trabalho teve como objetivos a descrição dos procedimentos usados na digestão e análise de elementos minerais constituintes dos tecidos vegetais de folhas verdes e amarelas e raízes de milho, cultivado em solução nutritiva, objetivando-se o conhecer as principais técnicas de análise. Ainda, objetivou-se verificar, através de soluções nutritivas, o desenvolvimento dos sintomas de deficiência nutricional no desenvolvimento de plântulas de feijão.
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4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 ANÁLISE MINERAL
As atividades foram conduzidas no Laboratório de Bioquímica de Plantas do Departamento de Biologia, localizado no Setor de Fisiologia Vegetal, na Universidade Federal de Lavras, no período 20 de setembro a 10 de outubro de 2007. A coleta do material vegetal foi realizada entre as 15 e 16 horas, no dia 23 de agosto, ou seja, mesmo material obtido da coleta utilizada para as extrações do relatório II (biomoléculas, amido e proteína). Foram selecionadas cerca de 20 plantas de Hevea brasiliensis, maduras, sadias, localizadas em uma área clonal próxima ao departamento e cultivadas aparentemente, sob as mesmas condições ambientais. Coletou-se cerca de 100 folhas completamente expandidas, que foram levadas ao laboratório para o preparo das amostras. Os demais materiais utilizados para a análise foram grãos de milho soja e tubérculos de batata, provenientes de exemplares comercias. Depois de realizada a seleção do material vegetal coletado, na qual se excluíram as folhas danificadas por ataque de pragas e doenças e, aquelas que estavam imaturas, com coloração arroxeada e textura membranácea; descartou-se o pecíolo e os peciólulos e separaram-se apenas as laminas foliares dos folíolos. Posteriormente a essa classificação, retirou-se a nervura central das laminas foliares, que foram mantidas em embalagem de papel, em estufa de circulação forçada, a 70°C, até obter peso constante, juntamente com tubérculos de batata.
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61 Os materiais secos foram triturados em moinho tipo Willey, para realizar a digestão ácida a quente, sendo a sulfúrica para a extração do nitrogênio, e a nitroperclórica, para os elementos alumínio, cobre, ferro, cálcio e fósforo.
4.1.1 Extração e determinação do teor de nitrogênio total (Método de Kjeldahl) a) Digestão sulfúrica Pesou-se 0,1 g da amostra e transferiu-se para tubos de digestão, adicionando-se 1,5 g de Sulfato de Potássio (K 2SO4) e 0,3 g de Sulfato de Cobre (CuSO4). Posteriormente, adicionou-se 3 mL de Ácido Sulfúrico concentrado, sendo essa mistura colocada em bloco digestor a 500C, aumentando a temperatura lentamente até atingir 3700C, sob capela. Tal mistura foi deixada em bloco digestor até atingir a coloração verde-clara. Após chegar à temperatura ambiente, adicionou-se 30 ml de água destilada, agitando-se até dissolver o resíduo e, em seguida, procedeu-se a determinação do N total.
a) Destilação Em um erlenmeyer de 125 ml, adiciona-se 10 ml da solução ácido-bórico indicador, oriundo da mistura de 1g de ácido bórico (H3BO3), 0,5 ml de solução indicadora, a qual é composta por 0,015g de verde de bromocresol + 0,006g de vermelho metila + completar o volume para 10 ml de álcool etílico. Por fim, completa-se tal solução (acído-bórico indicador) para 50mL com água destilada. Na entrada do destilador, encaixa-se o tubo de digestão e adiciona-se lentamente 10 ml de NaOH 13N. Eleva-se a temperatura do destilador ao máximo até iniciar a ebulição, reduzindo posteriormente até que o volume do destilado fique próximo a 25 ml.
b) Titulação Titulou-se o destilado com HCl 0,07143 N ( resulto da pipetagem de 71,43 ml de HCl 1 N (8 ml de HCl e dissolveu-se em 92 ml de água destilada) e transferiu-se para balão volumétrico de 1 L, onde o volume foi completado com água destilada) até que houvesse mudança da cor verde para rosa escuro. Anotou-se o volume gasto que é igual à porcentagem de N na amostra. Para a obtenção das proteínas totais, através da porcentagem de N, utiliza-se da seguinte fórmula:
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62
%PTN = % N X 6,25
4.1.3 Extração de alumínio, cobre, ferro, cálcio e fósforo (Digestão Nitroperclórica) Pesou-se 0,5g da amostra previamente preparada e transferiu-se para os tubos de digestão, acrescentou-se a essa, 6mL de uma mistura de acido nítrico concentrado e ácido perclórico (2:1), deixando em repouso por duas horas. Os tubos foram postos no bloco digestor até que o volume atingiu-se a metade, aproximadamente 40 minutos, elevando a temperatura a partir de então, até atingir 210º C, deixando nessa temperatura por mais aproximadamente 20 minutos. A disgestão foi finalizada quando a solução se tornou incolor, com o surgimento de uma fumaça branca e densa, oriunda do ácido perclórico. Após o resfriamento adicionou-se 14,5 mL de água destilada – para uma diluição de 30% - procedendo-se posteriormente a determinação dos minerais.
4.1.4 Determinação do teor de cobre, ferro, cálcio e fósforo Os extratos obtidos pela digestão nitroperclorica foram levados ao Laboratório de Análise Mineral do Departamento de Química da presente UFLA, para quantificação dos teores de Cu, Fe, Ca e P, utilizando-se o fotômetro de chama.
4.1.5 Determinação do teor de alumínio (Método da Aluminona) a) Preparo dos reagentes 1 Tampão acetato de aluminona, pH 4,6 Oriundo da diluição de 120mL de ácido acético glacial, 37g de NaOH (hidróxido de sódio) e 0,35g de aluminona, sendo esse volume completado com água destilada para 1L e o pH corrigido para 4,6.
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63 2 Solução padrão contendo 250ppm de Al³ + 3 Solução de HCl 0,3N
b) Obtenção da curva padrão Procedeu-se conforme a tabela 2, procede-se a obtenção da curva padrão, sendo que para a quantificação de alumínio, foram realizados testes de alíquotas para cada tecido.
Tabela 2 Procedimentos para a obtenção da curva padrão para quantificação do alumínio. Tubos 0 1 2 3 4 5 6 7
Sol. Padrão de Al (mL) 0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,8 2,4 3,0
H20 (mL) 3 2,7 2,4 2,1 1,8 1,2 0,6 0
HCl 0,3N (mL) 1 1 1 1 1 1 1 1
Após a adição das soluções acima descritas, agitou-se os tubos de ensaio em vórtex, levou-se em banho-maria 80ºC por 30 minutos, para posterior adição de 1mL de tampão acetato de aluminona. Repouso por mais 30 minutos e leitura em espectrofotômetro λ= 525nm.
4.2 ESTUDO DAS DEFICIÊNCIAS NUTRICIONAIS DE PLANTAS EM HIDROPONIA As atividades foram conduzidas na casa de vegetação, para a germinação das sementes de feijão e posterior cultivo hidropônico e no Laboratório de Bioquímica de Plantas do Departamento de Biologia, para a preparação da solução nutritiva, ambos
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64 localizados no Setor de Fisiologia Vegetal, na Universidade Federal de Lavras. Para este ensaio, foi necessário o período de 11 de outubro a 10 de novembro de 2007. Foi escolhida para o presente ensaio, a observação de plantas de feijão cultivadas em solução hidropônica sob os seguintes tratamentos:
T1 - Solução completa sem aeração T2 - Solução completa com aeração T3 - Solução sem nitrogênio T4 - Solução sem potássio T5 - Solução sem cálcio T6 - Solução sem ferro T7 - Solução sem boro Cada tratamento foi conduzido em um vaso, o qual já previamente pintado, cada vaso contendo duas plântulas, sendo cada uma, por sua vez, representou uma repetição, conforme esquema da figura ?.
Figura XX Esquema da condução do ensaio de nutrição nutritiva.
Os vasos ficaram sobre uma bancada, localizada na casa de vegetação, cada vaso recebeu uma “tampa” de isopor, com dois orifícios, para a inserção das mudas. Foi construído um varal para escorar as plantas durante o crescimento (FIGURA ?). A aeração
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65 foi disponibilizada por um compressor de ar, onde cada vaso recebeu uma mangueira para a condução do oxigênio, exceto para o tratamento isento desse.
Figura XX Localização do experimento na casa de vegetação do setor de Fisiologia Vegetal, UFLA. Adetalhe do compressor de ar utilizado para a aeração dos vasos. B- vasos antes da utilização do varal. C- vasos com o uso do varal, após as plantas estarem com tamanho maior .
Devido ao tombamento das plântulas, foi realizado um apoio para as mesmas, com copos de café, além da armação com barbante, conforme detalhe na figura abaixo.
Figura XX A- detalhe do copo de plástico, utilizado para apoio da planta. B- detalhe do varal para segurar as plântulas, evitando o tombamento.
Para a solução nutritiva, esta foi calculada conforme metodologia de Ruiz, sendo que, para os micronutrientes, foram feitas as seguintes soluções estoque:
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66 Tabela 3 Sais utilizados para obtenção de solução estoque para micronutrientes, e suas respectivas concentrações.
Sal H3BO3 MnCl24H2O ZnSO47H2O CuSO45H2O (NH4)6Mo7O244H2O Fe-EDTA
Concentração 19,0 µmol/L 7,0 µmol/L 2,0 µmol/L 0.5 µmol/L 0,086 µmol/L 40 µmol/L
Para as soluções estoques de macronutrientes, estas foram preparadas conforme tabela que segue. Tabela XX Sais utilizados para obtenção de solução estoque para macronutrientes, e suas respectivas concentrações.
Solução Completa
Sem N
Sem K
Sem Ca
Sem Fe Sem B
Sal Concentração Quantidade KNO3 2 mmol/L 101 g/L Ca(NO3)2.4H2O 1,7 mmol/L 200,6 g/L NH4H2PO4 0,8 mmol/L 46 g/L MgSO4.7H2O 0,2 mmol/L 24,6 g/L K2HPO4 0,8 mmol/L 34,8 g/0,5L KCl 0,389 mmol/L 7,25 g/0,5L CaCl2 (99%pureza) 1,7 mmol/L 47,175 g/0,5L MgSO4.7H2O 0,2 mmol/L 12,3 g/0,5L Ca(NO3)2.4H2O 1,7 mmol/L 100,3 g/0,5L NH4H2PO4 0,8 mmol/L 23,0 g/0,5L Mg(NO3)2.6H20 0,2 mmol/L 12,815 g/0,5L (NH4)2SO4 0,2 mmol/L 6,6 g/0,5L NH4NO3 0,625 mmol/L 25 g/0,5L KNO3 2 mmol/L 50,5 g/L NaPO4 2 mmol/L 23,6 g/L Mg(NO3)2.6H20 0,8 mmol/L 12.815 g/L (NH4)2SO4 0,2 mmol/L 6.6 g/L NH4NO3 1,7143 mmol/L 34,286 g/L Solução completa sem FeEDTA Solução completa com a de micronutrientes sem o Boro
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67 Sendo que, para o presente ensaio, utilizaram-se as seguintes proporções das soluções estoque para cada tratamento:
a) Solução Completa 16 mL - KNO3 16 mL - CaNO34H2O 16 mL - NH4H2PO4 16 mL - MgSO47H2O 08 mL - Solução Completa de micronutrientes 3,7 mL - Ferro
b) Solução Completa sem aeração 16 mL - KNO3 16 mL - CaNO34H2O 16 mL - NH4H2PO4 16 mL - MgSO47H2O 08 mL - Solução Completa de micronutrientes 3,7 mL - Ferro
c) Solução sem Fe 16 mL - KNO3 16 mL - CaNO34H2O 16 mL - NH4H2PO4 16 mL - MgSO47H2O 08 mL - Solução Completa de micronutrientes
d) Solução sem B 16 mL - KNO3 16 mL - CaNO34H2O
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68 16 mL - NH4H2PO4 16 mL - MgSO47H2O 08 mL - Solução de micronutrientes sem boro 3,7 mL - Ferro
e) Solução sem N 16 mL - K 2HPO4, 16 mL - KCl, 16 mL - CaCl2 16 mL - MgSO47H2O 08 mL - Solução Completa de micronutrientes 3,7 mL - Ferro
f) Solução sem K 16 mL - CaNO34H2O, 16 mL - NH4H2PO4, 16 mL - Mg(NO3)26H2O, 16 mL - (NH4)2SO4 16 mL - NH4 NO3 08 mL - Solução Completa de micronutrientes 3,7 mL - Ferro
g) Solução sem Ca 16 mL - KNO3, 16 mL - Na3PO4,
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69 16 mL - Mg(NO3)26H2O, 16 mL - (NH4)2SO4 16 mL - NH4 NO3 08 mL - Solução Completa de micronutrientes 3,7 mL - Ferro
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70
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 ANÁLISE MINERAL Os teores de proteínas, nitrogênio, cobre e ferro, não diferiram significativamente entre si a 5% de probabilidade (TABELA). Pode-se observar que para batata e milho, têm-se valores negativos de cobre, devido a possível contaminação do extrato, tanto pelo mal condicionamento ou turgidez visível da amostra. Ainda, o fato de não haver, estatisticamente, diferença significativa, pode ser devido ao alto CV, o qual admite uma grande variabilidade entre as médias, o que traz uma baixa precisão dos dados analisados. Tabela: Valores médios de nutrientes presentes em milho, seringueira, batata e soja.
Espécie Milho Seringueir a Batata Soja CV (%)
Proteína Nitrogênio Cálcio Fósforo Cobre Ferro Alumínio (%) (%) (%) (%) (ppm) (ppm) (ppm) 2,71 a 0,43 a 0,04 c 0,17 b -0,0340 a 2,0527 a 20,65c 3,33 a
0,53 a
0,64 a
0,15 b 0,0327 a 3,1537 a
50,11 b
2,92 a 4,79 a 35,58
0,47 a 0,77 a 35,6
0,04 c 0,10 b 5,27
0,12 c -0,1143 a 2,3267 a 0,29 a 0,5913 a 6,6607 a 5,29 271,34 78,99
10,98 d 87,15 a 5,94
Médias com letras minúsculas iguais nas linhas, não diferenciam entre si pelo teste de Tukey a 5%.
Sabe-se que o nitrogênio e o ferro, são classificados como macronutrientes, devido a sua maior exigência no metabolismo vegetal, sendo o primeiro relacionado aos teores de proteínas. A composição de macro e micronutrientes do tecido foliar estão diretamente ligadas à absorção, translocação e ao transporte a longa distância desses elementos. Para o cálcio, seringueira apresentou maiores porcentagens, seguido da soja, milho e batata tiveram menores valores, sendo esse mineral também considerado um macronutriente.
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De acordo com as análises estatísticas, os teores de alumínio, variaram significativamente dependendo do tipo de tecido analisado. Esse nutriente é considerado tóxico quando em excesso na planta.
5.2 ESTUDO DAS HIDROPONIA
DEFICIÊNCIAS NUTRICIONAIS DE PLANTAS EM
As plantas submetidas à nutrição mineral completa (FIGURA), apresentaram crescimento e desenvolvimento superior aos demais tratamentos, tendo em vista que o metabolismo da mesma não sofreu estresses relacionados a baixa fertilidade do meio. Pode-se observar, entretanto, características relacionadas a variabilidade genética e ataque de pequenos insetos.
Figura ?: Plantas de feijão submetidas ao tratamento com solução nutritiva completa. (A) e (B) 17 dias após o inicio do tratamento com elemento (C) e (D) 30 dias após o início do tratamento.
5.2.1 Alterações morfológicas decorrentes da hipoxia As plântulas condicionadas a esse tratamento, receberam a disponibilidade de todos os nutrientes, porém não tiveram suas raízes aeradas (FIGURA), apresentando assim adaptações morfo-anatômicas nas raízes, pelo desenvolvendo raízes adventícias.
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Figura ?: Plantas de feijão submetidas ao tratamento com solução nutritiva completa sem aeração. (A) e (B) 17 dias após o inicio do tratamento com elemento (C) e (D) 30 dias após o início do tratamento.
Tal adaptação garante a disponibilidade de oxigênio para o desenvolvimento da planta, apesar da mesma apresentar “murcha” visível nas folhas e leve amarelecimento nas mesmas. Ainda apresentou ocorrência de lenticelas hipertrofiadas, as quais podem ser importantes na difusão de oxigênio para as raízes (Pimenta et al. 1996, Medri et al. 1998) e na eliminação de metabólitos potencialmente tóxicos (Medri et al. 1998).
5.2.2 Alterações morfológicas decorrentes deficiência de nutrientes As plantas submetidas aos tratamentos com omissão de nutrientes na solução nutritiva apresentaram sinais de deficiência nas folhas, devido o nível exigido para o crescimento vegetal, ser nulo. Os efeitos da ausência do nutriente começaram a ser mais bem visualizados aos 19 dias após o início dos tratamentos, para todos os elementos faltantes. Encontra-se a seguir, os sintomas observados pelos autores do presente relatório, sabe-se, porém que, devido a análise ser visual, poderão ser observadas características que, para os outros grupos, as mesmas não foram visualizadas, tendo em vista a individualidade da observação e conclusão dos resultados, quando estes se baseiam apenas pelo método da observação.
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a) Sintomas visuais da deficiência de ferro A falta do elemento causou, após 15 dias, a alteração na coloração das folhas novas (FIGURA), que apresentaram nervuras na tonalidade verde, formando um contraste com o resto amarelado do limbo. Com a severidade da deficiência e queda dos níveis de clorofila, as folhas tornaram-se totalmente cloróticas. As folhas inferiores e/ou medianas apresentaram cor e tamanho normais. O sistema radicular mostrou-se com tonalidade marrom ou ferruginosa.
Figura ?: Plantas de feijão submetidas ao tratamento com solução nutritiva sem ferro. (A) e (B) 17 dias após o inicio do tratamento com elemento (C) e (D) 30 dias após o início do tratamento.
b) Sintomas visuais da deficiência de cálcio A omissão de cálcio acarretou, decorrido 15 dias do início do tratamento, anormalidades visíveis nas folhas mais novas (FIGURA), percebendo-se, inicialmente, a ponta do limbo foliar recurvada, e a folhagem apresentando coloração verde normal, porém pequenas manchas cloróticas puderam ser visualizadas transcorrido um tempo maior no tratamento.
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Figura ?: Plantas de feijão submetidas ao tratamento com solução nutritiva sem cálcio. (A) e (B) 17 dias após o inicio do tratamento com elemento (C) e (D) 30 dias após o início do tratamento.
A falta de cálcio é caracterizada pela redução do crescimento de tecidos meristemáticos, sendo observada, inicialmente, nas extremidades em crescimento e nas folhas mais jovens. Com a evolução dos sintomas, as plantas sofreram redução no crescimento pela paralisação do desenvolvimento apical.
c) Sintomas visuais da deficiência de nitrogênio As plantas de feijão em solução nutritiva, com omissão de nitrogênio (FIGURA), manifestaram sintomas de deficiência do nutriente após 15 dias do início dos tratamentos. Verificou-se, primeiramente, que as folhas mais velhas, a partir da região basal, perdiam gradualmente a coloração verde para uma tonalidade verde-pálida, distribuindo-se uniformemente no limbo, pecíolo e nervuras (clorose em forma de V). O nitrogênio absorvido é facilmente distribuído na planta via floema, na forma de aminoácidos. Quando o suprimento é insuficiente, o nitrogênio das folhas velhas é mobilizado para os órgãos e folhas mais novas. Conseqüentemente, verificam-se sintomas de clorose nas plantas deficientes em nitrogênio, principalmente nas folhas velhas. A coloração amarelada está associada à menor produção de clorofila e com modificações na forma dos cloroplastos (Malavolta et al. 1997).
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Figura ?: Plantas de feijão submetidas ao tratamento com solução nutritiva sem nitrogenio. (A) e (B) 17 dias após o inicio do tratamento com elemento (C) e (D) 30 dias após o início do tratamento
Com a intensidade da deficiência, todas as folhas ficaram amareladas e sem brilho, ocorrendo queda prematura das folhas mais velhas. Observou-se, também, redução na altura e diâmetro do caule, o qual apresentou-se levemente lenhoso devido ao acúmulo de carboidratos.
d) Sintomas visuais da deficiência de potássio A deficiência de potássio caracterizou-se, aos 14 dias, com um esverdeamento intenso da folhagem (FIGURA), com pequena redução no tamanho das folhas novas. Nas folhas mais velhas, a partir do ápice, observou-se clorose marginal, avançando em direção à parte central por entre as nervuras, inicialmente de coloração verde-amarela, para posteriormente marrom, como conseqüência da necrose. Com a severidade da deficiência, ocorreram a queda das folhas basais e estabilidade no crescimento.
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Figura ?: Plantas de feijão submetidas ao tratamento com solução nutritiva sem potássio. (A) e (B) 17 dias após o inicio do tratamento com elemento (C) e (D) 30 dias após o início do tratamento
e) Sintomas visuais da deficiência de boro Os efeitos da ausência do nutriente começaram a ser mais bem visualizados aos 15 dias após o início do tratamento (FIGURA). As folhas mais novas e mais estreitas do que as consideradas normais apresentaram leve clorose internerval, evoluindo do centro para os bordos da folha. Em seqüência, essas folhas tornaram-se pálidas, exibindo, posteriormente, um reticulado escuro das nervuras, que se destacavam sobre um fundo levemente clorótico. Essas folhas se encurvaram e se retorceram para baixo, ocorrendo, em seguida, uma acentuada queda dos primeiros pares, mas persistindo as folhas mais velhas.
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Figura ?: Plantas de feijão submetidas ao tratamento com solução nutritiva sem boro. (A) e (B) 17 dias após o inicio do tratamento com elemento (C) e (D) 30 dias após o início do tratamento
As plantas deficientes em boro apresentaram folhas menores, de textura pergaminhosa e mais espessa em relação à das folhas normais. Foi observado, ainda, ao longo da nervura central, a formação de algumas protuberâncias, de origem corticosa. Quanto ao sistema radicular, observou-se a diminuição das raízes, com lesões necróticas escurecidas, principalmente nas extremidades, além da coloração castanho por toda sua extensão. Assim, comparando todos os tratamentos, ao fim da condução do experimento (FIGURA), pode-se visualizar as deficiências nutricionais características de cada elemento, sendo a deficiência dos mesmos e a localização dos sintomas de deficiência estarem diretamente relacionada com a mobilidade relativa dos elementos químicos.
Figura: Plantas de feijão, 30 dias após o inicio dos tratamentos com elementos faltantes. (A) solução nutritiva completa, (B) solução nutritiva completa sem aeração; (C) solução nutritiva sem ferro; (D) solução nutritiva sem cálcio; (E) solução nutritiva sem nitrogênio; (F) solução nutritiva sem potássio e (G) solução nutritiva sem boro.
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O efeito geral mais importante das deficiências minerais é a redução do ritmo de crescimento das plantas, mas o efeito mais visível, geralmente, é o amarelecimento ou clorose das folhas causado pelo decréscimo da síntese da clorofila. A clorose está mais freqüentemente associada à carência de N. Entretanto, é também, causada pela deficiência de Fe, Mn, Mg, K, etc., assim como por fatores ambientais desfavoráveis como excesso ou falta de água, temperatura inadequada, substâncias tóxicas e excesso de minerais. As folhas são os mais sensíveis indicadores de deficiências.
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6 CONCLUSÕES
Diante dos resultados obtidos através dos extratos provenientes da digestão nitroperclórica e sulfúrica, pode-se concluir, através da análise mineral que:
Em relação ao cultivo em solução nutritiva com elementos faltantes, conclui-se que: •
A falta de ferro, cálcio, nitrogênio, potássio e boro, na solução nutritiva resulta em
alterações morfológicas, traduzidas como sintomas característicos de deficiência nutricional de cada nutriente. •
A hipoxia acarreta em mudanças morfo-anatômicas, características para a adaptação da
planta a determinado meio.
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