Transporte de Nutrientes e Ciclo do Nitrogênio em Plantas

Translocação de Solutos e Água nas Plantas

Solutos orgânicos são os produtos da fotossíntese, denominados fotoassimilados ou fotossintatos. Para que ocorra a translocação desses solutos, são essenciais três condições:

1. Disponibilidade de fotossintatos no órgão produtor;
2. Órgãos que consumam esses fotossintatos;
3. Um sistema de transporte eficiente interligando esses órgãos.

A maior ou menor disponibilidade de fotossintatos é o resultado do balanço entre os processos fotossintéticos, respiratório e fotorrespiratório.

Fonte e Dreno: Origem e Destino dos Nutrientes

A translocação ocorre de um órgão produtor ou de reserva (fonte) para um órgão consumidor (dreno). A comunicação entre todas as células da planta, do ápice da parte aérea até o ápice das raízes, é essencial para este processo.

• Fonte: Qualquer órgão exportador de fotossintatos. Exemplos:
  • Uma folha adulta, completamente expandida.
  • Um órgão de reserva durante a fase de exportação. Por exemplo, as raízes de plantas bienais funcionam como dreno na primeira estação de crescimento (acumulando açúcares) e tornam-se fonte na segunda estação, quando o açúcar é remobilizado para a nova copa.
• Dreno: Inclui órgãos não fotossintetizantes ou que não produzem fotossintatos suficientes para o seu crescimento ou reservas. Exemplos:
  • Raízes, tubérculos, frutos em desenvolvimento e folhas jovens.

Sistemas de Transporte: Xilema e Floema

A comunicação entre fontes e drenos ocorre através do xilema, do floema e dos plasmodesmas.

Xilema

É o tecido que transporta água e sais minerais a partir das raízes até a parte aérea da planta.

• Estrutura: Formado por vasos capilares (elementos do xilema) compostos por células mortas.
• Propriedades: É um tecido morto, com paredes muito resistentes que suportam grandes pressões internas.
• Sentido do transporte: Sempre ascendente (de baixo para cima).

Floema

É o tecido através do qual os produtos da fotossíntese (fotoassimilados) são translocados entre a fonte e o dreno. O floema também redistribui água e outros compostos solúveis pela planta.

• Propriedades: Ao contrário do xilema, é um tecido vivo. O sentido da translocação pode ser ascendente ou descendente, dependendo da demanda.
• Localização: Geralmente encontrado no lado externo do tecido vascular. Em plantas com crescimento secundário, constitui a casca interna.
• Estrutura: Formado por tubos crivados, que são pilhas de elementos crivados (células especializadas no transporte, desprovidas de núcleo). Associadas a eles, existem as células companheiras, essenciais para a translocação.

Mecanismo de Translocação: A Teoria de Münch

A Teoria de Münch (ou do fluxo de pressão) explica que o fluxo de solução no floema é impulsionado por um gradiente de pressão gerado pelo carregamento de açúcares na fonte e descarregamento no dreno.

1. Na fonte: O carregamento ativo de açúcar no floema gera uma alta pressão osmótica, resultando em um baixo potencial hídrico. Em resposta, a água entra nos elementos crivados, aumentando a pressão de turgescência (pressão hidráulica), que impulsiona o fluxo.
2. No dreno: O descarregamento de açúcar eleva o potencial hídrico. A água tende a sair do floema, diminuindo a pressão de turgescência.

Esse gradiente de pressão hidráulica entre fonte e dreno move a seiva. Diferentemente do transporte no xilema (a favor de um gradiente de potencial hídrico), no floema o transporte é a favor de um gradiente de pressão.

Partição e Alocação de Fotossintatos

• Partição: Refere-se à distribuição diferencial de fotoassimilados entre os vários drenos da planta.
• Alocação: É a regulação do direcionamento do carbono fixado para os vários caminhos metabólicos dentro de uma célula.

Efeito do Anelamento do Caule

Anelar o caule de uma árvore (dicotiledônea) bloqueia o fluxo via floema, mas o fluxo de água via xilema continua. Com o tempo, a árvore morre, pois as raízes deixam de receber os nutrientes produzidos nas folhas.

O Ciclo do Nitrogênio

Importância do Nitrogênio para as Plantas

• É o gás mais abundante na atmosfera (N₂, 78%).
• É o quarto elemento mais abundante nos tecidos vegetais.
• Faz parte de substâncias essenciais como aminoácidos, proteínas, bases nitrogenadas, ácidos nucleicos, hormônios e clorofila.

Etapas do Ciclo: Fixação do Nitrogênio

A fixação consiste na conversão do N₂ atmosférico em formas utilizáveis pelas plantas.

Fixação Industrial

É um processo artificial onde, sob alta temperatura e pressão, o N₂ combina com hidrogênio para formar amônia (processo de Haber-Bosch).

Fixação por Descargas Elétricas (Relâmpagos)

A energia dos relâmpagos ataca o nitrogênio molecular, formando ácido nítrico (HNO₃), que é levado ao solo pelas chuvas.

Fixação Biológica

É a forma natural de fixação, realizada por microrganismos procarióticos (bactérias, archaea e cianobactérias), chamados de diazotróficos.

Fixação Assimbiótica

Realizada por microrganismos de vida livre no solo. Ao morrerem, decompõem-se e liberam o nitrogênio, que pode ser absorvido pelas plantas.

Fixação Simbiótica

Ocorre quando microrganismos se associam a plantas, proporcionando a fixação do N₂ diretamente. O exemplo mais conhecido é a associação de leguminosas com as bactérias Rhizobium e Bradyrhizobium.

Formação do Nódulo em Leguminosas

Plantas que possuem bactérias fixadoras formam nódulos em suas raízes, onde ocorre a fixação.

1. A raiz exuda flavonoides, que atraem a bactéria específica.
2. A bactéria entra em contato com o pelo radicular.
3. O pelo radicular se curva e envolve a bactéria, formando um canal de infecção.
4. A bactéria, agora chamada de bacteroide, ocupa uma célula e começa a se multiplicar, formando o nódulo.

Observação: A coloração avermelhada no interior do nódulo é devida à leghemoglobina, uma proteína que controla os níveis de oxigênio.

Outras Etapas: Amonificação e Nitrificação

Amonificação

Bactérias saprófitas e fungos decompõem materiais orgânicos mortos (proteínas, aminoácidos) e liberam o excesso de nitrogênio na forma de amônio (NH₄⁺) ou amônia (NH₃).

Nitrificação

É a oxidação do amônio, um processo quimiossintético que libera energia para as bactérias. As bactérias Nitrosomonas e Nitrosococcus oxidam a amônia a nitrito (NO₂⁻):

2NH₃ + 3O₂ → 2NO₂⁻ + 2H⁺ + 2H₂O