Nutrizione minerale

La distribuzione dei nutrienti secondo Hoagland

Secondo Hoagland, i vari nutrienti vanno distribuiti in varie forme e non direttamente. I nutrienti vengono forniti a livelli elevati (ma non tossici) tali da permettere la crescita ottimale senza che alcuno diventi limitante. L'azoto è presente nel terreno di Hoagland sia come ammonio (NH₄) che come nitrato (NO₃) per mantenere il pH costante. Il ferro non può essere somministrato in forma di sale (solfato o nitrato di Fe) in quanto, essendo insolubile, tende a precipitare come idrossido, non rendendosi quindi disponibile per la pianta. Viene pertanto somministrato come ferro chelato, di frequente con l'acido dietilenetriamminopentacetico (DTPA) o l'acido etilendiamminotetracetico (EDTA). Il Fe della molecola di DTPA non è reattivo. Quando DTPA-Fe viene a contatto con la superficie della radice, il Fe ridotto a Fe²⁺ viene rilasciato dal composto e assorbito dalla radice. L'assorbimento del nitrato da parte della pianta comporta una...

sottrazione di H dalla soluzione equindi la progressiva alcalinizzazione della soluzione, mentre l'assorbimento di ammonio comporta-l'ingresso di OH e quindi l'acidificazione della soluzione.

3-NO → trasporto contro gradiente di potenziale elettrochimico. Si tratta di un simporto con protoni+precedentemente estrusi nella parete dalle pompe H ATPasiche. Quindi è un trasporto attivosecondario;

4+NH →trasporto secondo gradiente. Poiché entrando cariche positive il pot di membrana tende ad+abbassarsi, la cellula reagisce estrudendo H e quindi acidificando il mezzo;

Varie tecniche di coltura idroponica senza supporto:

• Le radici sono immerse in una soluzione nutritiva la quale viene fatta gorgogliare, ovvero siimmette ossigeno che è fondamentale per l'ossigenazione del sistema radicale, altrimenti la piantamuore;
• La soluzione nutritiva viene pompata alle radici formando una sottile pellicola per poi esserericiclata nel contenitore

principale;- Le radici sono sospese sopra la soluzione nutritiva che viene nebulizzata da una pompa (sistema molto dispendioso e poco diffuso);

- La pompa riempie periodicamente di soluzione nutritiva la camera superiore che ospita le radici della pianta. Quando la pompa si spegne la soluzione ritorna nel contenitore principale;

Vantaggi delle colture idroponiche:

• Possibilità di coltivare ovunque (indoor o outdoor), anche dove non c'è terreno o non c'è il clima ideale;
• Possibilità di coltivare in verticale (dove non c'è spazio);
• Migliore gestione delle risorse idriche e nutrizionali riducendo sia gli sprechi dei nutrienti che le dispersioni d'acqua (le coltivazioni classiche utilizzano meno della metà dei fertilizzanti utilizzati che dilavano nel suolo o evaporano nell'atmosfera contribuendo all'inquinamento delle falde idriche e dell'aria);
• Non essendoci terreno, si ha un migliore controllo sia delle

malattie legate ai parassiti che delleerbe infestanti comportando una riduzione nell'uso diserbanti e sostanze chimiche; - Energicamente conveniente: sebbene l'agricoltura idroponica preveda l'uso di energia elettrica, attrezzature, strutture e telai, considerando le emissioni di CO a parità di prodotto ottenuto, i livelli2di inquinamento prodotti dalle coltivazioni fuori suolo sono nettamente inferiori; Caratteristiche di una soluzione nutritiva: - pH acido (~5) per favorire la solubilizzazione dei sali; - si possono usare solo sali solubili in acqua (no solfato di Ca-, gesso-, poiché insolubile); - il ferro va dato in forma chelata, altrimenti forma idrossidi insolubili; - l'azoto va somministrato in forma mista; - i sali che contengono macronutrienti devono avere sia l'anione che il catione (es. MgSO , ha sia il4++ 4--catione Mg sia l'anione SO come macronutrienti); NB. La crescita ottimale di una pianta dipende dalla concentrazione dei macro-Curve di Crescita: Mostrano la relazione tra la concentrazione di un determinato elemento minerale e l'accrescimento della pianta. Unendo i punti relativi ai vari accrescimenti si ottiene una curva a campana in cui si può osservare una prima parte (zona di carenza) in cui l'accrescimento aumenta linearmente all'aumentare della concentrazione dell'elemento minerale; una seconda parte dove l'accrescimento rimane stazionario (zona adeguata o dei consumi di lusso). È importante che la zona adeguata sia ampia, in quanto ciò permette alla pianta di vivere bene anche in presenza di concentrazioni variabili di un certo elemento. La terza zona è detta zona di tossicità, le cui concentrazioni dell'elemento sono così elevate da risultare tossiche per la pianta. Sulle esigenze nutritive della pianta si basa la legge del minimo (Liebig) secondo cui la crescita è condizionata dall'elemento limitante, ovvero quello a

concentrazione più bassa. Da questa evolve la legge dei fattori limitanti, ovvero che ogni evento fisiologico è determinato e limitato dal fattore limitante. La carenza di un elemento minerale provoca problemi alla pianta, come la diminuzione dell'acrescita e alterazioni nelle foglie che identificano il tipo di carenza.

Ruolo dei principali minerali: MACRONUTRIENTI

• N → viene assorbito dalle piante per lo più in forma ossidata (NO ) e poi viene ridotto in ione 4+NH dentro le cellule. È l’elemento richiesto in maggiore quantità. Si trova in questa forma negli amminoacidi, nelle basi azotate, alcuni lipidi, alcuni zuccheri ed è anche componente della clorofilla.
• La sua carenza di manifesta con una crescita stentata e con clorosi a carico delle foglie vecchie. La clorosi è un processo dove la foglia tende a scolorirsi. Inizia nelle foglie mature che passano al verde chiaro poi ingialliscono. Ciò è dovuto al blocco

della sintesi della clorofilla. In carenza estrema, le foglie diventano quasi bianche. Le foglie giovani continuano ad essere verdi, ma sono più piccole. L'ingiallimento è uniforme e riguarda anche le nervature. In alcuni casi la pagina inferiore diventa rossastra. Se si somministra N il recupero è rapido; 4--• S → viene assorbito come SO e subisce una riduzione assimilativa ad -SH. È un costituente di alcuni AA come metionina, cisteina, cistina e di composti come l'acido lipoico, il CoA, il glutatione. Lo si trova come solfato legato ai lipidi di membrana (particolarmente nelle membrane del cloroplasto). Si trova anche come costituente delle proteine Fe-S. I sintomi di carenza sono crescita stentata, clorosi a carico delle foglie giovani e accumulo di antocianine: questi sono pigmenti abbondanti, di varie colorazioni, sintetizzati solitamente in condizioni di stress. Si trovano nel vacuolo delle cellule epidermiche. La clorosiè generalizzata: le nervature e i piccioli acquistano una colorazione rossiccia. La clorosi è simile a quella che si ha in carenza di azoto, anche se in questo caso è più uniforme e riguarda anche le foglie giovani. La colorazione rossiccia sulla pagina inferiore della foglia tende più al rosa che al rosso;

• K è il più abbondante nella cellula ma non è componente di strutture organiche. È un cofattore per molti enzimi (H-ATPasi di membrana, amido sintetasi, ecc). Interviene nel processo di apertura e chiusura degli stomi e nel mantenimento del turgore cellulare.
• La carenza si manifesta con zone necrotiche nei margini delle foglie più giovani. Il tessuto fogliare si necrotizza nei margini e, nello stato più avanzato, si ha necrosi internervale. Inizialmente si ha clorosi dei margini che tende a procedere verso le nervature. Queste rimangono verdi e, nonostante venga nuovamente somministrato K, la clorosi

è irreversibile(a differenza di N); 43-• P→ viene assorbito come PO e inglobato nelle molecole sotto questa forma. È un costituentedegli zuccheri fosforilati, nucleotidi e fosfolipidi. Interviene nei processi di regolazioneenzimatica attraverso il meccanismo di fosforilazione-defosforilazione e nei processi ditrasferimento dell’energia (ATP-ADP).La carenza si manifesta con crescita stentata, foglie di colore verde scuro e formazione dizone necrotiche. È difficile da individuare. Alcune specie sviluppano un colore rossastro nelpicciolo, caule e pagina inferiore della foglia;• Ca→ si trova prevalentemente nella parete cellulare, dove lega l’acido galatturonico delle pectine(lamella mediana), nel vacuolo e nel RE. Nel citosol si trova in concentrazione molto bassa.È cofattore per alcuni enzimi (ATPasi) e funziona come secondo messaggero nellatrasduzione di segnali. Questo grazie alle pompe Ca-ATPasiche che estrudono Ca

permantenere basse le sue concentrazioni nel citosol. La carenza mostra necrosi degli apici e dei margini delle foglie giovani. È un elemento scarsamente mobile. Classici sintomi sono marciume dei fiori, imbrunimento della parte terminale del frutto;

• Mg → costituente della molecola di clorofilla. È richiesto da numerosi enzimi coinvolti nel trasferimento del fosfato. La carenza si manifesta con una clorosi internervale a carico delle foglie più vecchie (elemento mobile). A livello dei fasci, la clorofilla permane più a lungo rispetto alle cellule del parenchima. Nei tessuti interessati alla clorosi si sviluppano aree necrotiche. Nelle forme più gravi può sembrare carenza di K;
• Fe → costituente del gruppo eme nei citocromi e anche in forma non emica nelle proteine Fe-S, come la ferridossina o nitrogenasi. È indispensabile per la sintesi della clorofilla. La carenza si manifesta

mediante clorosi internervale, come per la carenza di Mg, a differenza però che questa riguarda le foglie giovani, in quanto il Fe è un elemento scarsamente mobile e non viene traslocato in condizioni di carenza. Il Fe si accumula a livello del cloroplasto sotto forma di depositi di una proteina chiamata fitoferritina. Alla fine, tutte le foglie diventano clorotiche e si sbiancano. Se somministrato nuovamente Fe, le prime ad inverdirsi sono le nervature;

• Mn → ha un ruolo essenziale nei processi redox, in quanto può avere fino a 6 diversi stati di ossidazione: 0, I, II, III, IV e VII. La sua funzione principale è legata alla fotolisi dell'acqua, lo si ritrova nel gruppo prostetico di molti enzimi:
• SOD (superossido dismutasi), enzima che converte il superossido in perossido di idrogeno;
• Complesso enzimatico di evoluzione dell'ossigeno nella fotosintesi;
• È inoltre attivatore per molti enzimi. La carenza si manifesta con clorosi

internervale e zonenecrotiche; + ++• Cu→ si trova