Em formação

Nas plantas, por que os íons de potássio e nitrato são absorvidos mais rapidamente do que quaisquer outros?


Citando meu livro-texto de biologia nível A:

$ ce {K ^ +, NO3 ^ -} $ são absorvidos pelas plantas mais rápido do que quaisquer outros íons. Considerando que, $ ce {Ca ^ 2 +, SO4 ^ 2 -} $ são absorvidos com a velocidade mais lenta.

Qual é a razão?

Meu raciocínio: primeiro pensei que o tamanho dos íons seria importante neste caso. Obviamente, $ ce {K ^ +} $ é menor que $ ce {Ca ^ 2 +} $, então 'me pareceu' que íons menores seriam absorvidos mais rapidamente. O mesmo raciocínio pode ser aplicado a $ ce {NO3 ^ -, SO4 ^ 2 -} $. Mas, existem íons menores do que $ ce {K ^ +} $ que são absorvidos mais lentamente, por exemplo. $ ce {Na +} $. Portanto, obviamente, o tamanho apenas não importa aqui. Existem outros fatores.


Já que as plantas absorvem minerais, como potássio, cálcio, enxofre, etc. em sua forma iônica, como K+, NÃO3-, TÃO42-, Ca2+, eles precisam absorvê-los ativamente. Como esses íons estão carregados, eles têm dificuldade ao passar pela membrana plasmática. Conseqüentemente, as plantas precisam gastar energia para transportá-los. Para isso, utilizam ATP e proteínas transportadoras de membrana. Esses transportadores transportam íons através da membrana celular com um íon acompanhante (H+) para manter o gradiente eletroquímico. Como resultado (em parte), esses transportadores são altamente seletivos para os íons que carregam. Por exemplo, um K+ transportador não irá transportar SO42- ou outro íon. Veja esta resposta para ver como os transportadores alcançam essa seletividade.

A parte acima explica como os íons são transportados nas plantas. Agora, vamos à questão principal, por que alguns íons são transportados mais rápido do que outros. Bem, não há uma resposta definitiva para isso (pelo menos nenhuma que eu saiba). Mas posso pensar em duas razões possíveis para isso (usando apenas os exemplos de K+, Ca2+, NÃO3- e entao42-):

  • Magnitude de carga: um fato aqui é que tanto K+ e não3- tem uma carga de $ pm $ 1, enquanto Ca2+ e entao42- tem uma cobrança de $ pm $ 2. E daí? Isso torna seu transporte um pouco mais difícil. Por exemplo, para transportar K+ através da membrana, o transportador seria a antiporta 1 H+ por 1 K+, enquanto um antiporter semelhante transportaria 2 H+ para trazer 1 Ca2+ in. Obviamente, isso não explica a diferença entre íons com a mesma carga, o que o ponto a seguir parece fazer.

  • Requerimento: um dos pontos mais importantes a se ter em mente aqui é a diferença nos requisitos de íons diferentes pela planta. É por isso que os macronutrientes das plantas (ou seja, necessários em grandes quantidades) foram divididos em macronutrientes primários (N, P, K) e macronutrientes secundários (todos os outros, incluindo Ca, S, Na). Como você vê, o nitrogênio e o potássio são principalmente os fatores limitantes da produção agrícola. É por isso que as plantas precisam deles em grandes quantidades e, portanto, tente absorvê-los o mais rápido possível. Isso, em parte novamente, explica porque K+ e não3- (a única fonte de nitrogênio artificial diferente de NH4+) são absorvidos mais rapidamente pelas plantas enquanto o Ca2+ e entao42- são absorvidos lentamente.

Referências:

  • Absorção Mineral - Wikipedia

  • Nutrientes Vegetais Secundários: Cálcio, Magnésio e Enxofre - Universidade Estadual do Mississippi


As plantas precisam de 16 elementos para crescer de maneira saudável e produzir raízes, flores, frutos ou folhagens robustas. De acordo com o Departamento de Agricultura e Serviços ao Consumidor da Carolina do Norte, esses elementos são divididos em minerais e não minerais. Os elementos não minerais são carbono, hidrogênio e oxigênio, que as plantas absorvem do ar e da água. Existem 13 nutrientes minerais essenciais para o crescimento saudável das plantas. Esses são divididos em macronutrientes, que as plantas precisam muito, e micronutrientes, que as plantas precisam em pequenas quantidades.

Os macronutrientes primários são nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K). As plantas absorvem esses nutrientes do solo, mas o solo pode se esgotar rapidamente desses nutrientes principais porque as plantas usam grandes quantidades. Os jardineiros geralmente substituem esses nutrientes por meio de fertilizantes. Sacos de fertilizantes para plantas são rotulados com números como 24-8-16, 10-10-10 ou outros números. Esses números indicam a porcentagem de N, P e K em cada saco de fertilizante.

N, P e K são cruciais para o crescimento de uma planta, e cada elemento controla e afeta uma fase diferente do crescimento da planta. De acordo com o Old Farmer's Almanac, o nitrogênio promove o crescimento das folhas e a coloração verde das plantas. O fósforo promove o desenvolvimento das raízes, o que é importante para ajudar as plantas a crescerem fortes ao longo do tempo. O potássio, também listado nos sacos de fertilizantes como potássio, ajuda a planta a combater doenças e a mantém resiliente para suportar coisas como flutuações de temperatura.


Excesso de crescimento de folhagem

Uma das principais ações do nitrogênio é o aumento da produção de clorofila. Esse processo é feito através da criação de estruturas foliares maiores com maiores áreas de superfície para o pigmento fotossintetizante. O excesso de nitrogênio alimenta o rápido crescimento da folhagem, de modo que seu jardim tem a aparência de uma selva selvagem, mas o crescimento de outras plantas sofre como consequência. A energia para o crescimento da flor é redirecionada para a proliferação da folhagem, de modo que as plantas podem nem mesmo produzir seus órgãos reprodutivos necessários durante a estação de crescimento.


PH do solo e a disponibilidade de nutrientes para as plantas

O pH do solo é uma característica que descreve a acidez ou alcalinidade relativa do solo. Tecnicamente, o pH é definido como o log negativo (-) ou valor de base 10 da concentração de íons de hidrogênio (H +). A água pura estará próxima a um pH neutro, que é de 10 a menos 7 de concentração de íons H + (10-7 [H +]). Esta concentração é expressa como 7. Qualquer valor acima de 7 significa que a concentração do íon H + é menor do que em um pH neutro e a solução é alcalina e há mais íons hidroxila (OH-) presentes do que íons H +. Qualquer valor abaixo de 7 significa que a concentração de íons H + é maior do que em pH neutro e a solução é ácida. Os solos são considerados ácidos abaixo de um pH de 5 e muito ácidos abaixo de um pH de 4. Por outro lado, os solos são considerados alcalinos acima de um pH de 7,5 e muito alcalinos acima de um pH de 8. Normalmente, os valores de pH do solo são medidos quando 10 g de solo seco ao ar é misturado com 20 ml de água bidestilada ou 20 ml de CaCl 0,01 M2 solução, e o pH é medido usando um eletrodo apropriado conectado a um medidor de pH. Esta análise de solo é uma parte regular da maioria, senão de todos os protocolos de teste de solo.

A disponibilidade de alguns nutrientes para as plantas é muito afetada pelo pH do solo. O pH “ideal” do solo está próximo do neutro, e os solos neutros são considerados como estando dentro de uma faixa de pH ligeiramente ácido de 6,5 a pH ligeiramente alcalino de 7,5. Foi determinado que a maioria dos nutrientes das plantas está idealmente disponível para as plantas dentro desta faixa de pH de 6,5 a 7,5, além de que essa faixa de pH é geralmente muito compatível com o crescimento da raiz da planta.

Nitrogênio (N), Potássio (K) e Sulfer (S) são os principais nutrientes das plantas que parecem ser menos afetados diretamente pelo pH do solo do que muitos outros, mas ainda são em certa medida. O fósforo (P), entretanto, é diretamente afetado. Em valores de pH alcalinos, maiores do que pH 7,5, por exemplo, os íons fosfato tendem a reagir rapidamente com o cálcio (Ca) e o magnésio (Mg) para formar compostos menos solúveis. Em valores de pH ácidos, os íons fosfato reagem com o alumínio (Al) e o ferro (Fe) para formar compostos menos solúveis. A maioria dos outros nutrientes (especialmente micronutrientes) tende a estar menos disponível quando o pH do solo está acima de 7,5 e, de fato, está idealmente disponível a um pH ligeiramente ácido, por exemplo, 6,5 a 6,8. A exceção é o molibdênio (Mo), que parece estar menos disponível em pH ácido e mais disponível em valores de pH moderadamente alcalinos.

Em algumas situações, materiais são adicionados ao solo para ajustar o pH. Em uma escala de campo, isso é mais comumente feito para solos ácidos para aumentar o pH de 4,5 para 5,5 até 6,5 ou se aproximando da neutralidade. Isso é feito através da aplicação e incorporação de um material de cal, muitas vezes calcário calcítico finamente moído ou calcário dolomítico, que é espalhado usando espalhadores de cal especializados ou espalhadores giratórios adaptados com sistemas vibratórios para evitar a formação de pontes do material nos funis dos espalhadores. É possível baixar o pH de um solo usando uma solução de ácido líquido, ou S elementar finamente moído que se oxida em ácido sulfúrico pela ação de bactérias S-oxidantes que habitam o solo. No entanto, isso raramente é feito em escala de campo devido ao alto custo. É mais comumente feito em aplicações de produção de horticultura onde recipientes de plantas individuais ou áreas limitadas (por exemplo, & lt10 a 20 acres) são gerenciados para reduzir o pH de plantas adaptadas a solo ácido, como algumas flores, árvores e / ou pequenos frutos (ou seja, mirtilo e oxicoco). É importante observar que a maior parte da produção agrícola em andamento reduzirá gradualmente o pH do solo à medida que os íons H + são liberados e convertidos em nitrato pelos micróbios do solo. Isso é especialmente verdadeiro quando fertilizantes N, como amônia anidra, sulfato de amônio e ureia, são aplicados.

Quer você tente ou não ajustar o pH, é importante entender outros métodos para aumentar a disponibilidade e o uso de nutrientes adicionados. Isso pode ser feito de várias maneiras para os nutrientes mencionados acima, que são adversamente afetados por extremos de pH do solo, ácidos ou alcalinos. Por exemplo, o fertilizante contendo P pode ser aplicado na linha de semente ou próximo a ela no plantio para facilitar a absorção de íons fosfato no início da temporada pelas raízes da cultura antes de permitir que reaja com cátions do solo que dominam sob condições de pH de solo ácido ou alcalino. Sob valores de pH alcalino do solo, o fertilizante fosfatado pode ser aplicado em bandas com fertilizante que gera uma forma ionizada de amônia (NH4) Isso permitirá uma ligeira acidificação do solo adjacente à faixa de fertilizante. Outro método é a fabricação de grânulos de fertilizantes com nutrientes compostos que contêm os fertilizantes contendo N, P e até mesmo S elementar, para aplicação em solos alcalinos. O solo adjacente ao grânulo também será ligeiramente acidificado e permitirá maior absorção de P quando as raízes da cultura interceptarem os grânulos. Ainda outro exemplo é a aplicação foliar de compostos de fertilizantes de Fe solúveis em safras deficientes em Fe cultivadas em solos de pH alto, onde o fertilizante reage tão rápido com o solo que o nutriente fica preso e indisponível para as plantas. É por isso que os fertilizantes de Fe aplicados no solo muitas vezes não corrigem com sucesso as deficiências de Fe. Ao evitar o solo e aplicar o Fe nas folhas, a pequena quantidade de Fe necessária à planta é introduzida com sucesso na cultura.

Da próxima vez que você tiver amostras de solo colhidas em seus campos, reserve um tempo para observar quais são os valores de pH em seus resultados. É útil comparar esses valores com os valores de pH do teste de solo anteriores e determinar se há uma tendência de mudança do pH do solo. Ao monitorar os valores de pH regularmente (a cada 2 a 3 anos) em um campo, você pode considerar ações para aumentar o pH do solo de ácidos para valores quase neutros por meio da calagem. Maior disponibilidade de nutrientes e melhor crescimento da cultura podem ser alcançados ao adicionar calagem a um solo excessivamente ácido. Isso pode ser especialmente importante para culturas que requerem pH neutro, como leguminosas forrageiras ou leguminosas, uma vez que as bactérias da espécie Rhizobia não nodulam e fixam N efetivamente em valores de pH inferiores a 5,5


Papel dos elementos minerais nas plantas

Os elementos minerais, quando presentes como íons ou como constituintes ou moléculas orgânicas, desempenham várias funções importantes nas plantas de várias maneiras diferentes (Tabela 9-3).

Eles são constituintes importantes do protoplasma e da parede celular, por exemplo, o enxofre ocorre nas proteínas, o fósforo nas nucleoproteínas e os fosfatos de adenosina, o magnésio na clorofila e o pectato de cálcio na lamela média. Os sais minerais dissolvidos na seiva celular influenciam parcialmente a pressão osmótica da célula.

Os sais minerais que são absorvidos do solo também afetam o pH da seiva celular, bem como o citoplasma. Os sistemas de fosfato e carbonato são dois dos importantes sistemas tampão da planta. Eles se originam de substâncias absorvidas pela planta em seus ambientes.

Os componentes catiônicos dos sistemas tampão da planta, além do íon H +, são elementos minerais como potássio, cálcio, sódio e magnésio. Um sistema tampão é uma mistura de um ácido fraco e seu sal, por exemplo, ácido carbônico + carbonato de sódio.

Ele permite que o citoplasma e a seiva da célula resistam às mudanças no pH devido à perda ou adição de íons H + ou OH & # 8211. Os cátions e os ânions influenciam a permeabilidade das membranas citoplasmáticas. Por exemplo, o cálcio e outros cátions di e trivalentes têm um efeito decrescente na permeabilidade das membranas citoplasmáticas, enquanto os cátions monovalentes têm um efeito crescente.

Além disso, os íons específicos em contato com a célula também influenciam o mecanismo de acúmulo de íons nas células vegetais. Íons de muitos elementos minerais têm efeito tóxico sobre o protoplasma, causando sua desintegração mesmo em concentrações muito diluídas. Alguns desses íons que têm efeito tóxico são alumínio, arsênico, boro, cobre, chumbo, manganês, mercúrio e molibdênio.

Efeito Antagônico:

Às vezes, o efeito de um íon pode ser revertido por outro íon e é chamado de efeito de antagonismo. Existe certa quantidade de antagonismo entre qualquer par de sais. Por exemplo, o cloreto de sódio aumenta a permeabilidade das membranas citoplasmáticas a vários solutos, ao passo que o cloreto de cálcio adicionado ao meio tem um efeito decrescente.

Da mesma forma, os íons de cálcio também reduzem a toxicidade dos íons de cobre. In vivo, esses e outros elementos desempenham funções de equilíbrio.

Efeitos catalíticos:

Certos minerais como ferro, cobre e zinco participam de sistemas catalíticos e são grupos protéticos de certas enzimas. O ferro é constituinte dos citocromos. Outros minerais como magnésio, manganês e cobalto atuam como ativadores ou inibidores em um ou mais sistemas enzimáticos.

Além disso, silício, alumínio, selênio, cromo, estanho e iodo podem estar presentes como oligoelementos e podem não ter papel específico no metabolismo vegetal. Para fins de discussão e fácil compreensão, os elementos nutrientes podem ser classificados em quatro grupos.

Eles são fornecidos abaixo:

N e S, na forma reduzida, são constituintes covalentemente ligados da matéria orgânica da planta.

P, B e Si, eles ocorrem como oxiânions fosfato, borato ou silicato.

K, Na, Mg, Ca, CI, eles têm papéis no equilíbrio osmótico e iônico e têm funções específicas na conformação enzimática e na catálise (por exemplo, complexos de metal-loproteína).

Fe, Cu, Mo, Zn, eles estão presentes como quelatos estruturais ou metaloproteínas. Os primeiros três elementos participam das reações redox.

A Tabela 9-5 fornece uma classificação funcional dos nutrientes minerais necessários às plantas superiores.

adotado de Clarkson e Hanson (1980) em Annual Review of Plant Physiology, 31,239.

Carbono, Hidrogênio e Oxigênio:

Eles são protegidos do ar e do solo na forma de dióxido de carbono e água, respectivamente. Os três gases são componentes do protoplasma, da parede celular e da maioria dos constituintes orgânicos das plantas.

Com exceção das leguminosas, a planta obtém seu suprimento de nitrogênio principalmente na forma de nitrato (NCT3) do solo, mas também como íons de amônio (NH4) As leguminosas, que possuem bactérias Rhizobium em seus nódulos, têm a capacidade de utilizar nitrogênio molecular. Na célula vegetal, os íons nitrato são reduzidos a NH2 grupo através de uma série de reações enzimáticas.

O nitrogênio é um componente essencial das proteínas, protoplasma, enzimas e também da clorofila. Também é um constituinte de purinas, pirimidinas, porfirinas e coenzimas.

Enquanto as purinas e as pirimidinas são componentes dos ácidos nucléicos (RNA e DNA), a estrutura das porfirinas está presente nas clorofilas e nas enzimas citocromáticas. Também ocorre em coenzimas que são essenciais para o funcionamento das enzimas. Além disso, as vitaminas também contêm nitrogênio. As plantas supridas com nitrogênio excessivo são geralmente de cor verde escuro, abundam em folhagens, mas geralmente têm um sistema radicular pouco desenvolvido.

Por exemplo, as plantas de batata submetidas a alto teor de nitrogênio têm pequenos tubérculos, mas um crescimento abundante de rebentos. Talvez a translocação do açúcar para os tubérculos e raízes seja afetada de alguma forma. Além disso, a quantidade excessiva de nitrogênio também reduz a floração e até a formação de sementes em várias safras.

No entanto, as plantas de dias curtos que recebem nitrogênio abundante florescem mais rápido. Plantas de trigo abastecidas com altas doses de nitrogênio têm mostrado maior suscetibilidade à ferrugem. Em um capítulo subsequente, discutiremos detalhes do metabolismo do nitrogênio.

Sintomas de deficiência:

A deficiência de nitrogênio resulta em amarelecimento das folhas devido à perda de clorofila primeiro nas folhas velhas e por último nas novas. Os sintomas aparecem por último nas folhas novas por causa da mobilidade do nitrogênio, uma vez que obtêm nitrogênio translocado das folhas velhas.

Nos casos graves, as folhas velhas tornam-se amarelas e caem enquanto as folhas novas permanecem grudadas por muito tempo, mas tornam-se verdes pálidas devido ao desenvolvimento de antocianina, tornando os pecíolos e nervuras das folhas roxos. Devido à menor disponibilidade de nitrogênio, o desenvolvimento das folhas é pobre e as plantas tornam-se atrofiadas devido à baixa síntese de proteínas.

O solo é a principal fonte de íons fosfato (H2 PO4 -) e nos compostos orgânicos, ocorre na forma oxidada.

É um importante constituinte de todas as células vivas e entra na composição de fosfolipídios, ácidos nucléicos, nucleo-proteínas, coenzimas como NAD e NADP, e até mesmo ATP. Ocorre em abundância nos tecidos meristemáticos e, órgãos de armazenamento, por exemplo, sementes e frutos.

As co-tíenzimas como NAD e NADP são importantes nas reações de redução de oxidação e vários processos, como fotossíntese, glicólise, respiração e síntese de ácidos graxos, dependem de sua ação.

A aplicação de fertilizantes fosfatados no solo altera o balanço de nitrogênio nas plantas e, portanto, o papel do nitrogênio e do fósforo no metabolismo vegetal está inter-relacionado de várias maneiras.

Sintomas de deficiência:

As plantas são raquíticas, mas geralmente são de cor verde escura. Os pecíolos das folhas ou frutos desenvolvem áreas necróticas. A deficiência de fósforo resulta em queda prematura de folhas e pigmentação de antocianina roxa devido à diminuição da síntese de proteínas e acúmulo de açúcares nos órgãos vegetativos.

Por causa da alta mobilidade do fósforo para os tecidos em crescimento nas plantas, as folhas velhas são as primeiras a mostrar os sintomas de deficiência de fósforo. A menor disponibilidade de fósforo também pode distorcer a forma das folhas. A maturidade da planta também pode ser atrasada.

O cálcio é absorvido do solo como nitrato de cálcio ou sulfato de cálcio. É relativamente imóvel nas plantas. As folhas velhas são abundantes em cálcio em comparação com as jovens. É um constituinte da lamela média e ocorre como pectato de cálcio.

Ajuda a cimentar a parede das células. Às vezes, os vacúolos celulares contêm cristais insolúveis de oxalato de cálcio, como ráfides e esfalfides. O cálcio é essencial para a formação das membranas celulares e estruturas lipídicas.

Em pequenas quantidades, o cálcio é essencial para afetar a mitose normal e pode estar relacionado à cromatina ou à organização do fuso mitótico.

Sua deficiência causa anormalidades na estrutura cromossômica e até mitose. Ele ativa várias enzimas, incluindo a α-amilase, e desempenha um papel importante no metabolismo do nitrogênio, participando da redução dos nitratos. Também influencia a permeabilidade das membranas citoplasmáticas e deprime a entrada de sódio e potássio.

O papel do cálcio na hidrólise do amido em açúcar e seu transporte subsequente também é mostrado. Assim, a deficiência de cálcio resulta no acúmulo de amido nas folhas.

Da mesma forma, sob deficiência de cálcio, o número de mitocôndrias diminui conforme relatado nas raízes do trigo. A deficiência de cálcio leva à morte das regiões meristemáticas. A clorose ocorre ao longo da margem das folhas jovens tornando-se necróticas. As pontas das folhas jovens tornam-se em forma de gancho, as paredes celulares tornam-se rígidas e quebradiças.

O magnésio desempenha um papel significativo na fotossíntese e no metabolismo dos carboidratos. É um constituinte da molécula de clorofila e previne a clorose intervinal das folhas velhas. Ativa numerosas enzimas do metabolismo de carboidratos, síntese de ácidos nucléicos (DNA e RNA) a partir de polifosfatos de nucleotídeos.

Essas reações envolvem a transferência de fosfato e o ATP se liga à superfície da enzima através do magnésio como um transportador intermediário e facilita a quebra da ligação. Este elemento auxilia na manutenção da estrutura dos ribossomos. Ativa enzimas envolvidas na síntese de ácido nucléico e também várias outras enzimas, incluindo certas transfosforilases, desidrogenases e carboxilases.

Ele também atua como um importante agente de ligação em partículas ribossômicas. O magnésio desempenha um papel importante no mecanismo respiratório, regulando o metabolismo do fosfato nas plantas. A deficiência de magnésio causa clorose intervinal primeiro nas folhas velhas e depois nas folhas novas.

Ocorre principalmente como sal inorgânico solúvel ou sais de ácidos orgânicos nas células e é altamente móvel nas plantas. Regiões jovens e de crescimento ativo, como botões, folhas e pontas de raízes, possuem uma abundância de K +. Este elemento ativa enzimas envolvidas na síntese de certas ligações peptídicas durante a síntese de proteínas.

Portanto, a deficiência de potássio causa baixo nível de proteína, mas alto acúmulo de aminoácidos e amidas ou também ativa enzimas do metabolismo de carboidratos. É essencial para o desenvolvimento da clorofila e catalisa a quebra normal dos carboidratos durante a respiração.

A deficiência de potássio resulta no enfraquecimento das folhas, clorose, enrolamento das folhas, crescimento atrofiado e encurtamento dos internódios.

O enxofre é absorvido do solo como íons sulfato e reduzido ao grupo-SH na formação de aminoácidos contendo enxofre, como cistina e metionina. Também é essencial para a síntese de vitaminas contendo enxofre, como biotina, tiamina e coenzimas.

O enxofre também está presente como grupos sulfidrila em muitas enzimas. A deficiência de enxofre resulta em clorose geral seguida por pigmentação com antocianina. As plantas deficientes em enxofre mostram primeiro a clorose das folhas jovens. A deficiência severa resulta na clorose de todas as folhas, pois o enxofre é imóvel na planta.

Aminoácidos e outros compostos contendo nitrogênio se acumulam no tecido e a atividade proteolítica também aumenta. As plantas parecem atrofiadas e a floração atrasa. O enxofre é convertido em compostos orgânicos por meio do derivado de adenosina denominado 3 & # 8242- fosfoadenosina- 5 & # 8242- fosfossulfato (PAPS). Este composto é produzido às custas do ATP. A porção de enxofre do PAPS é então reduzida e incorporada em moléculas orgânicas.

É no estado férrico (Fe +++) que o ferro é absorvido, mas metabolicamente, ele é ativo no estado ferroso. Não é um constituinte da clorofila, mas é importante para sua síntese. É o componente de metaloflavoproteínas e componente de proteínas de porfirinas de ferro, como citocromos, peroxidase e catalase. O ferro também é uma parte importante da ferredoxina e da redutase do nitrito.

As plantas com deficiência de ferro apresentam clorose intervinal nas folhas. O efeito máximo é nas folhas jovens, enquanto as folhas maduras podem não apresentar clorose. O ferro está imóvel. A falta de ferro pode inibir a síntese de proteínas.

Muitos cientistas acreditam que o ferro é um ativador essencial para as enzimas que catalisam as reações envolvidas na síntese da clorofila. Se o sal de ferro for aplicado de forma solúvel nas folhas cloróticas, desenvolve-se uma cor verde nos locais onde o sal penetrou nas folhas.


Formas de nutrientes essenciais para as plantas

Para ser usado por uma planta, um nutriente essencial deve ser decomposto em sua forma básica. O nutriente deve estar na forma de íon com carga positiva (cátion) ou íon com carga negativa (ânion). Uma planta não pode usar compostos orgânicos, como os do estrume ou das folhas mortas, até que sejam decompostos em suas formas elementares ou iônicas.

Além disso, as plantas não podem usar um elemento que não esteja na forma adequada (um íon específico), mesmo que esteja presente em altas concentrações no solo. Por exemplo, a presença de ferro (Fe) no solo não garante que uma quantidade suficiente dos íons de ferro adequados, Fe2 + ou Fe3 +, estarão disponíveis para a planta.

As plantas absorvem quase todos os nutrientes essenciais por meio de suas raízes. A exceção é o carbono, que é absorvido pelos poros das folhas ou estômatos. Dois tipos de organismos que vivem no solo ajudam as raízes a absorver nutrientes:

  • Os microrganismos, ou micróbios, decompõem os compostos orgânicos em compostos inorgânicos em um processo denominado mineralização.
  • Os fungos permitem que algumas plantas absorvam fósforo, aumentando o tamanho das raízes e proporcionando mais contato solo-raiz.

Compartmentação e armazenamento em vacúolos

Uma vez que o K + está dentro do simplasto da raiz, ele pode ser armazenado em vacúolos localmente ou transportado para a parte aérea através da xilema e acumulados nos tecidos aéreos. As plantas acumulam grandes quantidades de K + em seus vacúolos, superando as necessidades puramente nutricionais. Em plantas com K + suficiente, o conteúdo de K + pode atingir até 10% do peso seco da planta, excedendo assim ca. 2% que suporta taxas de crescimento quase máximas (White e Karley, 2010). O pool vacuolar de K + desempenha uma função biofísica principal, ou seja, a redução do potencial osmótico para extrair água, gerar turgor e conduzir a expansão celular. Como os vacúolos ocupam a maior parte do volume intracelular das células vegetais e são o principal reservatório celular de K +, as alterações na concentração de K + nos tecidos são em grande parte um reflexo da dinâmica do pool vacuolar. A concentração de K + citosólico diminuirá abaixo do ponto de ajuste ideal de 80 & # x2013100 & # x000A0mM apenas quando a reserva vacuolar de K + tiver sido esgotada abaixo do equilíbrio termodinâmico com o pool citosólico (Walker et & # x000A0al., 1996). Por outro lado, o excesso de K + é colocado no vacúolo para manter o K + citosólico dentro de limites estreitos, independentemente da abundância de K + no meio de crescimento.

Em contraste com a membrana plasmática, o acúmulo de K + no vacúolo depende da atividade coordenada das bombas tonoplast H + e dos transportadores secundários de K + que ligam os fluxos de K + à dissipação do gradiente de pH ou do potencial de membrana elétrica criado pelo sistema assimétrico distribuição de taxas. A H + -ATPase vacuolar (V-ATPase) e a pirofosfatase do tonoplasto (PPase) bombeiam H + em direção ao lúmen vacuolar e geram gradientes de pH de 1 & # x20132 unidades de pH (interior ácido) e uma carga elétrica (potencial de membrana) de 20 & # x201340 & # x000A0mV que é positivo no lúmen vacuolar em relação ao citosol. Isso significa que íons K + carregados positivamente são excluídos dos vacúolos repletos de K +, a menos que o transporte seja acoplado a um mecanismo de captação dependente de energia, enquanto o efluxo é conduzido por canais vacuolares que permeiam o K + descendo seu gradiente eletroquímico. Antiporter AK + / H + energizado pelo gradiente de pH através do tonoplasto foi sugerido por muito tempo para catalisar o acúmulo de K + vacuolar (Walker et & # x000A0al., 1996 Carden et & # x000A0al., 2003), mas a identidade molecular do transportador subjacente (s ) permaneceu indescritível até recentemente. Foi demonstrado que trocadores vacuolares do tipo NHX servem esta função crítica em células vegetais (Venema et & # x000A0al., 2002 Venema et & # x000A0al., 2003 Leidi et & # x000A0al., 2010 Bassil et & # x000A0al., 2011 Barragan et & # x000A0al. , 2012).

Os trocadores NHX foram originalmente descritos como antipórteres Na + / H +, capazes de conferir tolerância ao sal conduzindo o sequestro do excesso de Na + em vacúolos (Blumwald, 2000). No entanto, o mecanismo subjacente permaneceu incerto porque a tolerância ao sal dos transgênicos que superexpressam as proteínas NHX de várias fontes nem sempre se correlacionou com o aumento do acúmulo de Na + (Jiang et & # x000A0al., 2010). Além disso, estudos bioquímicos estabeleceram que as proteínas NHX catalisam a troca de Na + / H + e K + / H + com afinidades semelhantes (Venema et & # x000A0al., 2002). A recente meta-análise de um grande número de publicações relatando fenótipos de tolerância conferidos por trocadores da família 1 de antiporter cátion / próton (CPA1, que inclui proteínas NHX) concluiu que o efeito no status de K + era geralmente mais pronunciado do que no conteúdo de Na + (Ma et & # x000A0al., 2017). Um trabalho informativo mostrou que a superexpressão de AtNHX1 & # x000A0 em tomate induziu sintomas de deficiência de K +, apesar das plantas transgênicas terem maiores teores de K + do que os controles (Leidi et & # x000A0al., 2010). O sequestro intenso de K + em plantas com superexpressão de NHX1 reduziu a atividade citosólica de K +, preparou a indução do sistema de captação de K + de alta afinidade e desencadeou uma série de distúrbios metabólicos e hormonais relacionados à privação de K + (Leidi et & # x000A0al. , 2010 De Luca et & # x000A0al., 2018). Apesar desses efeitos indesejados resultantes da superexpressão de NHX, as proteínas NHX aumentam a tolerância ao sal, presumivelmente porque a retenção de K + celular é um requisito para a adaptação a um ambiente salino (Jiang et & # x000A0al., 2010). O estresse de salinidade induz a despolarização da membrana plasmática da raiz e a produção de ROS, ambos os quais abrem canais de K + de retificação externa que descarregam K + para reconstruir o potencial de membrana (Shabala e Pottosin, 2014). A perda de K + induzida pela salinidade implica na necessidade de repor o pool de K + citosólico retirando o K + armazenado em vacúolos (Cuin et & # x000A0al., 2003 Leidi et & # x000A0al., 2010).

Exclusão de NHX1 e NHX2 os genes que codificam as duas principais isoformas vacuolares de NHX resultaram na incapacidade de compartimentar o K + e, surpreendentemente, na sensibilidade ao suprimento de K + em concentrações que não comprometeram o crescimento das plantas de controle (Bassil et & # x000A0al., 2011 Barragan et & # x000A0al. , 2012). Além disso, nhx1 nhx2 linhagens mutantes mostraram atividade estomática disfuncional, com abertura e fechamento prejudicados (Barragan et & # x000A0al., 2012 Andr & # x000E9s et & # x000A0al., 2014). A rápida captação e liberação de K + e ácidos orgânicos aniônicos pelas células guarda, principalmente no compartimento vacuolar, impulsiona os movimentos dos estômatos. Mudanças no volume e na forma das células-guarda ocorrem em paralelo com a remodelação intensa dos vacúolos (Gao et & # x000A0al., 2005 Tanaka et & # x000A0al., 2007). Perturbação da acumulação de K + nas células guarda de nhx1 nhx2 plantas mutantes correlacionadas com vacúolos mais ácidos e o desaparecimento da remodelação altamente dinâmica da estrutura vacuolar associada aos movimentos estomáticos (Andr & # x000E9s et & # x000A0al., 2014).

Registros eletrofisiológicos das atividades do canal no tonoplasto identificaram canais de cátions vacuolares rápidos (FV), vacuolares lentos (SV) e vacuolares seletivos de K + (VK) que medeiam a liberação de K + vacuolar (Hedrich, 2012). As correntes VK foram atribuídas a canais K + (TPK) de dois poros (Gobert et & # x000A0al., 2007). TPK1, 2, 3 e 5 de Arabidopsis estão localizados no tonoplasto, enquanto TPK4 & # x000A0 está na membrana plasmática. As correntes TPK1 são independentes da voltagem da membrana, mas são sensíveis ao Ca 2+ citosólico e reguladas por proteínas quinases dependentes de cálcio (CDPKs) e ligação às proteínas 14-3-3 (Latz et & # x000A0al., 2013). Também em Arabidopsis, o canal TPC1 é responsável pela corrente SV (Peiter et & # x000A0al., 2005). TPC1 é voltagem-dependente e não seletivo, permitindo que K + e Na + permeiem em direção ao citosol. Whether TPC1 also permeates Ca 2+ or Ca 2+ is only an effector of TPC1 gating is a matter of controversy (Hedrich etਊl., 2018). TPC channels are activated by a decrease in transmembrane potential and increased cytosolic Ca 2+ , and inhibited by low luminal pH and Ca 2+ . Structurally, TPC1 resembles two subunits of voltage-dependent Shaker-like channel fused in tandem, and two cytosolic EF hands in between (Guo etਊl., 2016 Kintzer and Stroud, 2016). The ubiquitous nature of TPC channels and the magnitude of the SV/TPC currents are such that TPC channels are capable of contributing substantially to cellular K + homeostasis. Accordingly, the transcriptome of the tpc1 loss-of-function mutant of Arabidopsis is reminiscent of profiles that were obtained under K + limitation (Bonaventure etਊl., 2007b). However, plants lacking TPC1 function are not impaired in growth and development. This may indicate that the TPC1 channel is closed most of the time and opens upon specific inputs or under stress. Current thinking is that TPC1 is part of a Ca 2+ /ROS relay that propagates stress signals (Choi etਊl., 2014 Evans etਊl., 2016). The gain-of-function mutant fou2 results in a hyperactive TPC1 channel with an altered voltage-dependent gating behavior that increases the probability of the channel to be open under physiological vacuolar potentials. As a consequence of this “leaky” channel, the fou2 mutant plant behaves as being wounded and shows elevated levels of the stress hormone jasmonate (Bonaventure etਊl., 2007a).

Several KT/HAK/KUP transporters have been localized to the tonoplast (Table 1). They are thought to force the energetically uphill release of K + into the cytoplasm under chronic K + starvation, in which the cytosolic concentration of K + could be low enough to impair the discharge of luminal K + by tonoplast channels (Ahmad and Maathuis, 2014).


AP Bio: Plants

Eudicots: bundles are arranged in a ring that separates the ground tissue into cortex and pith regions cortex fills the space between the vascular ring and the epidermis and the pith fills the center of the stem and is important in food storage

Tracheids: long, thin cells with tapered ends

Vessel elements: wider, shorter, and less tapered

Chains of these with overlapping ends form a system of tubes that conveys water from the roots to the stems and leaves as part of xylem tissue tubes are hollow because they are dead when mature, with only their cell walls remaining

Water passes through pits in the walls of tracheids and vessel elements and through openings in the end walls of vessel elements

Moving up from the root tip, they are the zone of cell division, the zone of elongation, and the zone of differentiation

Potassium: cofactor required for activity of several enzymes main solute for osmotic regulation in plants (potassium ion movements regulate opening and closing of stomata)

Chemical: distasteful or toxic compounds ex: amino acid called canavanine takes place of arginine, thus changing function of proteins and harming the insect

But can cross through wounds or stomata once infected.

Second line of defense: chemicals- release microbe-killing molecules and chemicals that signal other cells to do the same infection stimulates chemical changes in plant cell walls, which toughen and thus slow spread of microbes in plant

Compromise: pathogen can perpetuate in host without severely harming the plant- pathogen is avirulent plant is resistant

This is because they have complementary pair of molecules: plant has R genes and pathogen has Avr genes

R gene encodes for R protein, a receptor protein in cells Avr gene encodes an Avr protein, a signal molecule that binds to R protein

Triggers signal transduction pathway that leads to both local and plant-wide defense responses

Cells at site of infection mount a vigorous chemical defense, tightly seal off the area, and then kill themselves


In plants why are potassium and nitrate ions absorbed faster than any others? - Biologia

How does excess amounts of nitrate affect the growth of a plant and why is this so?

Increase in nitrate, like increase in any salt will increase the osmotic concentration of the soil solution. The roots of the plant then have to take up minerals from a more and more concentrated solution. If the solution outside gets too concentrated, there will come a point where the plant is not able to take up any water against the concentration gradient and the plant will start to wilt. Even before this point is reached, the plant will grow slower.

When plants are irrigated in arid areas, the salts from the irrigation water become concentrated in the soil and the soil can become "saline" and no longer fertile. So the effect you have observed is very important in some areas of the world.

If farmers apply too much fertilizer, then it cannot be taken up be plants fast enough, or retained by the soil, so there is a danger that it will be washed through into the drainage water and get into the rivers. If this happens then algal growth (and the growth of other water plants) in rivers can be stimulated and the result is eutrophication. This is another reason for not applying too much nitrate.

As the amount of fertilizer is increased, the amount of extra yield is reduced. each extra kg of fertilizer produces less extra crop. There comes a point where the value of the extra crop is less than the cost of the extra fertilizer. Another reason to only apply the right amount of fertilizer and not too much.


Fertilizing: It’s Mainly About Nitrogen

I learned my first lesson about fertilizing many years ago as a boy on our family farm. My young mind was having a hard time reconciling the lessons of my elementary school botany studies with the bags of Chilean nitrate fertilizer stacked up to the ceiling of our barn. Impressionable youth that I was, I had come away from the class with the understanding that plants made their own food out of thin air and sunlight through the miraculous process of photosynthesis.

So why, I asked my dad, do we have to feed them all this fertilizer? He thought about it for a few moments and answered: “Well, I suppose those tomatoes might be able to grow on their own, but they’d never make it to market without us. We’re just giving them a little push in the right direction.”

It seemed like more than a little push to me. Whenever I returned home from school, I knew where to find my dad: out on the tractor, side-dressing the crops with fertilizer. I wasn’t sure if the plants required his constant attention or if he just enjoyed the solitude of the job.

I later found out that, like most things we learn when we’re very young, fertilization is a little more complicated than I had been led to believe.

You could spend years studying the science of fertilizing crops. But I try to keep it simple in my garden. I bear in mind the basics of plant nutrition. I’ve learned that one of the most important distinctions among fertilizers is how soluble they are, a concept critical to protecting ground water. And I’ve organized my garden in a way that makes fertilizing easier.

Plants do absorb oxygen, hydrogen, and carbon dioxide from the air. Fueled by sunlight, plants use these elements to manufacture carbohydrates through the process of photosynthesis. But that’s just a part of what they need. In order to make vital proteins and amino acids, they require 13 other elements.

There are the primary nutrients: nitrogen, phosphorus, and potassium. And the secondary nutrients: calcium, magnesium, and sulfur. Then the micronutrients: zinc, iron, manganese, copper, boron, molybdenum, and chlorine. Each plays a vital role in plant growth, and if any one of them is deficient, the plants will suffer.

Nitrogen is the element that gets most of our attention, and rightly so.

Nitrogen is the fuel that makes plants go. It’s used to synthesize amino acids, proteins, chlorophyll, nucleic acids, and enzymes. Plants need more nitrogen than any other element. It’s the nutrient we most often have to apply.

The good news is that nitrogen is in plentiful supply in nature it comprises 78 percent of the earth’s atmosphere. The bad news is plants cannot extract nitrogen from the air. In fact, whether in the air or in the soil, nitrogen cannot be absorbed by plants in its elemental form. For nitrogen to be absorbed by plant roots, it must be converted, or “fixed,” into nitrates (NO3) or ammonium (NH4) íons.

That transformation occurs naturally in the nitrogen cycle. Some nitrogen is fixed in lightening strikes and delivered via rainfall. But most is converted from organic matter in the soil with the aid of microorganisms, which transform the nitrogen to nitrates.This transformation can be a slow process. But the richer the soil, the higher it is in organic matter and microorganisms, and the faster the nitrogen is made available.

Until about 100 years ago, this natural nitrogen cycle was the only way nitrogen was converted to nitrates. We farmed and gardened under the restrictions of time and nature, and in harmony with the nitrogen cycle—applying manure and wastes, and allowing them to break down over time, thus providing a steady stream of nitrogen. In those days, virtually all nitrogen fertilizers came from natural sources: manure, plant residue, bone and blood meals.

That all began to change in the late 19th century with a breakthrough discovery that nitrogen could be fixed artificially by combining atmospheric nitrogen with hydrogen to form ammonia. That ammonia could then be used to produce nitrates. O resultado? The nitrogen cycle was speeded up dramatically, and the synthetic fertilizer industry was born.

This breakthrough changed the way we looked at fertilizer. Unlike in natural fertilizers, the nitrogen in these synthetics was available to plants almost as soon as it hit the ground. We could practically watch the plants green-up and grow before our eyes. But there was, and is, a downside to these fast-acting, water soluble synthetics. They are also very mobile in the soil. They can rapidly wash out of the reach of plant roots and into groundwater. So they must be used carefully and applied frequently. If you apply too much at one time, the excess nitrates can leach into groundwater and pose a health hazard too little and plants suffer.

Phosphorus and potassium round out the big three nutrients

Phosphorus is second only to nitrogen in the amount required by plants. It is a vital element early in the season, as it stimulates early shoot growth and root formation. When phosphorus levels are low, plants grow slowly and may have poor fruit or seed development. Phosphorus is especially important in cool weather. That’s why most starter fertilizer contains high amounts of it.

The problem with phosphorus is the opposite of that with nitrogen. Soils generally contain a good supply of it, but it is not readily available to plants. Phosphorus is extremely immobile in the soil. It does not travel in the soil solution, and plant roots must be in contact with phosphate ions to absorb them.

All phosphate fertilizers originate from phosphate rock, generally in the form of francolite. But in its natural form, it takes forever to become available in the soil. However, in 1842 it was found that treating phosphate rock with sulfuric acid would greatly speed the release of phosphorus. The result was superphosphate.

Superphosphate (0-20-0) is produced by reacting finely ground phosphate rock with sulfuric acid. Concentrated, or triple superphosphate, containing as much as 45 percent phosphate, is formed if phosphoric acid is used.

Finely ground phosphate rock (0-30-0) is still used as a natural source of phosphorus, as are colloidal phosphate (0-20-0) and bone meal (0-12-0). They all release their nutrients very slowly. No matter what type of phosphate fertilizer you use, the key is location, location, location. Make sure to work the fertilizers into the root zone of the soil. Add the required amount of phosphorus in fall or early spring. Don’t bother to side-dress during the year. If the soil is cold, use a liquid starter fertilizer containing ammonium phosphate. The nitrogen in the formula seems to make the phosphorus more readily available.

Potassium, the third primary nutrient, also encourages root growth and helps plants resist disease. It helps increase the size of vegetables and improves cold hardiness. Signs of potassium deficiency include weak plants, slow growth, small or shriveled fruit, and leaf burning at the tips and margins. As with phosphorus, only about 1 percent of the soil potassium is available to plants.

Potassium fertilizer comes in several forms. Potassium chloride (0-0-60), also known as muriate of potash, is the most common. Derived from sylvanite ore, it is available to plants almost immediately. However, potassium chloride is rather acidifying, and some crops, notably beans, potatoes, and tomatoes, have a low tolerance to chlorides.

Potassium nitrate (13-0-45) is produced when potassium chloride reacts with nitric acid. Its advantage is that it does not acidify the soil and does provide nitrogen as well as potassium. However, it leaches from the soil rapidly. Sulfate of potash magnesia (0-0-21), sold as Sul-po-mag or K-mag, is derived from the mineral langbeinite. It is in a form that is available to plants rapidly.

Potassium sulfate (0-0-50) another mined product, provides sulfur as well as potassium. Other common sources of potassium include greensand, from the mineral glauconite (0-0-6), wood ashes (0-0-10), and granite dust (0-0-7).

Small amounts of other elements aid plant growth

The secondary nutrients, calcium, magnesium, and sulfur, are not required in great quantities by plants and are often present in the soil in adequate amounts. Also, some nitrogen and phosphorus fertilizers contain small amounts.

Cálcio must be present in plants for the construction of new cells, where it strengthens the walls and membranes. The soil usually has sufficient quantities, except in alkaline or very dry conditions. Calcium deficiencies show up as tip burn on young leaves, or abnormally green leaves. Limestone is a good source of calcium, as are calcium nitrate and superphosphate fertilizers.

Magnésio is an essential element in the process of photosynthesis. It may be deficient in sandy soils and it will show in yellowing of leaves. Dolomitic limestone is a good source of magnesium. You can also provide magnesium with magnesium sulfate, epsom salts, and sulfate of potash magnesia, Sul-po-mag.

Enxofre is necessary for protein synthesis. Much of it is absorbed through the air and from the soil. When sulfur is deficient, plants are small and spindly, and the youngest leaves are light green to yellow. To supplement, apply Sul-po-mag, gypsum, or superphosphate.

An even smaller set of dietary elements also influences plant development. We call them micronutrients, and plants need only traces of them. For example, just ¾ ounce of Borax, the laundry detergent, provides all the boron necessary for 100 square feet of garden.

Zinc, manganese, and copper contribute to the formation of enzymes and hormones in plants. Iron and chlorine are necessary for the formation of chlorophyll. Boron regulates the metabolism of carbohydrates in plants. Molybdenum helps convert nitrates to amino acids. Most of these micronutrients are available in chelated forms, formulas that dissolve easily, making them readily available. Properly fed soil with well-adjusted pH should require no added micronutrients.

Though it’s fine to add the three primary nutrients to your garden soil as a matter of course, the secondary and mi­cro­nutrients should not be applied unless indicated by a soil test. Overapplication may cause more harm than good by contributing to a mineral imbalance in the soil.

Organic or synthetic?

As a teenager in the 1960s, I reacted against my father’s stacks of chemical fertilizers with their acrid, nose-twitching odor and planted an organic vegetable garden in a corner of the farm. I soon learned what all organic gardeners come to understand: that organic fertilizer is bulky, occasionally inconvenient, sometimes sloppy, and often smelly.

But it works as long as you don’t expect instant results. If you’re patient and have time to build up the soil, organic fertilizers pay dividends over the long run. If you work into the soil about one bushel of manure per 100 square feet of garden early in the year, every year, you will be providing virtually all the nutrition most plants need. The residual organic matter means that the plants never starve, and you won’t overfeed or underfeed.

However, we often don’t have the luxury of time. Or after years of building the soil in our garden, we pull up stakes and move and must start all over again. Or the pepper plants lag just when the compost bin runs out, and you can’t lay your hands on some mellow, aged manure.

It was during one of those times, after I had just started a garden in soil as sandy as the beach, that I began to wonder: What’s the harm in spritzing those plants with a little bit of Miracle-Gro? I would never consider using just a touch of synthetic pesticide, but I confess, I couldn’t think of a compelling reason not to use a little bit of synthetic fertilizer.

So now, my fertilizer program, like many things in my life, is perhaps less pure and a little more utilitarian. I do occasionally supplement organic fertilizer with a synthetic pick-me-up. To me, the important distinction is not whether a fertilizer is organic or synthetic, but whether its nitrogen is water insoluble or water soluble. I believe water-insoluble nitrogen is superior, because it is released gradually for steady feeding. Whereas water-soluble fertilizers are here today and gone tomorrow. Applying them is like the old joke about voting in Chicago: You have to do it early and do it often. Not only do you have to reapply regularly, there is also a danger of harmful nitrates leaching into the groundwater.

Nitrates in drinking water at levels greater than the federal standard of 10 parts per million can cause a potentially fatal condition in infants commonly known as “blue-baby” syndrome, also called methemoglobinemia. Babies can develop blue-baby syndrome after drinking water contaminated with nitrate levels greater than 10 parts per million for as little as one week, according to the Environmental Work Group, an activist organization based in Washington, D.C. The group estimated that between 1986 and 1995 more than 2 million people, including approximately 15,000 infants, drank water from systems that had nitrates in excess of 10 parts per million. The survey dealt mainly with farms.

Some of the newer synthetics mimic the slow-release quality of organics. Some, such as sulfur-coated urea, come in a shell that breaks down to release the nutrients over time. Others, like isobutylene urea (IBDU) or methylene urea contain nitrogen forms that are less water soluble, relying on temperature and microorganisms to release the nitrogen over time. They eliminate the need to constantly reapply fertilizer, but they offer none of the soil-building qualities of organics.

When shopping for fertilizers, read the label carefully

The label will list the percentages of water-soluble and water-insoluble nitrogen. The bag, of course, will show the amount of other nutrients in percentages. A 100-pound bag of 10-10-10 fertilizer has 10 pounds of each of the nutrients, with stabilizers making up the rest. If you need 20 pounds each of nitrogen, phosphorus, and potassium, you would need two bags of the fertilizer.

You need to keep in mind the actual amount of the ingredients, not only to get the biggest bang for your buck, but also to determine how much to apply to different crops.

Choosing your nitrogen source
Not all sources of nitrogen are created equal. The synthetic sources of nitrogen carry a high percentage of the fertilizer and offer a quick boost to plants. But they do nothing to build the soil and may leach into groundwater. The organic sources contain less nitrogen, but last longer and contribute to a healthy soil matrix.
Fertilizante % Nitrogen Tendency
to leach
Period of
availability
in soil *
Nonorganic
Urea 46 high 2 weeks
Sulfur-coated urea 38 moderado 6 meses
Urea formaldehyde 38 moderado 3 meses
Ammonium nitrate 33 high 1 mês
Isobutylene urea (IBDU) 31 baixo 9 months
Methylene uree 28-41 moderado 6 meses
Ammonium sulfate 21 high 1 mês
Nitrate of soda ** 16 high 3 meses
Calcium nitrate 15 high 3 meses
Potassium nitrate 13 high 3 meses
Organic
Bat guano 11 baixo 3 meses
Blood meal 10 baixo 1 year ***
Fish meal 10 moderado 3 meses
Cottonseed meal **** 6-8 baixo 1 year ***
Alfalfa meal 5 baixo 1 year ***
Cow manure (dry) 2-3 baixo 1 year ***
Poultry manure 2 baixo 6 months ***
Seaweed (dry) 2 baixo 9 months ***
Horse manure (fresh) 1 moderado 1 year ***
* Assumes idea soil conditions of neutral pH, moderate moisture, and warm temperature
** Though a natural product, not necessarily certified as organic
*** Available 2 weeks after application
**** May contain pesticide residues

Organizing the garden around feeding plants

Different plants have very different fertilizer requirements. Potatoes, for example, require about four times as much nitrogen and potash and twice as much phosphorus as beans. A 100-square-foot patch of potatoes needs about ½ pound each of actual nitrogen, phosphorus, and potassium per year for good growth. That’s about 5 pounds of a 10-10-10 fertilizer.

Root crops and leafy vegetables, such as lettuce, cabbage, and spinach, need about 1/3 pound of actual nitrogen, 1/4 pound of phosphorus, and 1/3 to 1/2 pound of potash per 100 square feet. Fruit crops, such as tomatoes, cantaloupes, and peppers, need 1/4 pound of actual nitrogen and phosphorus and 1/3 pound of potash per 100 square feet. While legumes, such as beans and peas, require only 1/10 pound of nitrogen, phosphorus, and potash for the same amount of space.

Trying to meet the diverse needs of a whole garden full of crops could make your head spin. But I have an easy way to keep the meal plans straight. Some people plan their kitchen gardens for aesthetics, some for succession and rotations, and some for ease of harvest. I take all of those elements into account, but plan my garden primarily according to the feeding needs—basically the nitrogen requirements—of the plants.

Potatoes, the heaviest feeders of all, get their own bed. I group the medium-feeding fruiting crops—tomatoes, peppers, melons, cucumbers—in a bed. Root crops get a bed, and so do the greens and legumes. That way, I can apply the same amount of fertilizer to a single bed, and know that every plant in it is getting the optimum amount of nutrition.

Over the years, I’ve learned that a fertilizer doesn’t have to be natural, but using it has to feel natural to you. That is, it must be in a form you feel comfortable with, one you will use faithfully. Because you need to feed. Choose the finest, tastiest, and best-looking varieties you can find—it doesn’t matter if they’re heirlooms or hybrids—and feed the plants properly. They will reward you with a harvest that’s everything you expected.

—This article originally appeared in Kitchen Gardener #21 (June 1999).

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