Calcio y mas… Congreso de Melón 2010

Role of Nutrients

Aspectos básicos del calcio Esencial como elemento nutritivo en las plantas Involucrado en al menos 20 procesos bioquímicos y morfológicos Clasificado como macronutriente aunque tiene impacto a niveles de un micronutriente. Amplia variación de concentraciones en diferentes partes de la plantas así como en diferentes especies Complejos mecanismos de absorción, transporte y distribución, no bien conocidos todavía.

El calcio en la célula Lamela media de la pared celular- hasta un 90% En la superfice exterior de la membrana plasmática Pared celular Retículo endoplasmático (RE)- la forma absorbida no está clara Vacuolas- aquí se encuentra localizado la mayor parte del calcio solubles, posiblemente en forma de oxalato calcico Cloroplastos- 6.5-15 mM, la mayor parte en la membrana del tilacoide (almacenamiento de pigmento fotosintético en el cloroplasto) En las célullas los tubos cribosos del floema E.g. in apples fruit tissue up to 90 % of the Ca can be cell wall bound (Faust and Klein, 1974 in Marschner 1995)

Célula vegetal – 3D Cw: pared celular G: Ap.golgi N: Núcleo V: vacuola M: mitocondria Pm: membrana plasmática Er: r etículo endoplasmático A: aire

Distribución de calcio en la célula Pared celular Membrana plasmática Citoplasma Vacuola Retículo endoplasmático Lamela media Representación esquemática de dos células adyacentes con la distribución típica del calcio ·

El calcio y la lamela media La lamela media es la conexión entre las paredes primarias de dos células vecinas El calcio estabiliza la pectina depositada en la lamela media formando pectato de calcio (enlace R-COO del ácido poligalacturónico)

Actividad del calcio Responsable de la estabilidad estructural y fisiológica de los tejidos vegetales Junto con otros compuestos, regula en las células y tejidos los procesos el influjo y eflujo Utilizado en los sistemas de transmisión de señales para la rápida comunicación de situaciones de stress y la puesta en marcha de mecanismos de defensa en las plantas

Calcio en morfología y fisiología vegetal Forma parte de las células de la pared celular y el plasmalema como pectato de Ca (ligado a grupos Pectin carboxílicos) Esencial para la división y elongación celular (crecimiento meristemático)- especialmente en el crecimiento de raíces Responsable de la permeabilidad e integridad celular Segundo mensajero en las señales de factores medioambientales y respuesta de la planta en términos de crecimiento y desarrollo La germinación y el desarrollo del polen se ven severamente inhibidos por la deficiencia de calcio

Calcio en morfología y fisiología vegetal Forma parte del núcleo celular Presente en la molécula de fitina en las semillas Involucrado en la producción de etileno (procesos de maduración) Previene la pérdida de carbohidratos y favorece la síntesis de proteinas Actúa en los procesos de control osmótico Controla la función de algunas enzimas. Por ejemplo poligalacturonasa (rotura de la pared celular) Estudios recientes enfatizan el papel de la calmodulina como la proteína reguladora del calcio Fitina: Grupo de sales de fosfatos con Ca y Mg. Vectores energéticos. Presentes en plantas y animáles.

Respuesta a estrés en las plantas Calcium start the activieties warmless fro the plant. Ligado a la distribución estatica del calcio en la planta

Calcio y comunicación vegetal 1- señal 2.- Calmodulina 2.-3.- Cambioe el calcio de las célula- 4.-5.- Cambios en las concentraciones de calcio. 2-5 al mismo tiempo. Calcio tiene equilibrio dinámico que se altera con el estímulo. Cambia la concentración del calcio en la celula. Incremento de calcio. Rápido movimiento del calcio. Calcio es el activador.

Calcio y comunicación vegetal (cont) Calcio fuera puede utilizarse con agente biológico o como actividad estructural. Vacuola acumula pasivanete y expulsa activamente para mantener las concentraciones. Vacuola actua como almacenamiento.

Cierre estomático (I) ABA: Abcisic acid. Interacciona con el calcio. Entrada de calcio regula el proceso.

Cierre estomático (II) K crea el potencial y el calcio manda la señal.

Calcio y raíces La retirada drástica del Calcio reduce la secreción de mucílago en los ápices de la raíces (Bennet et al., 1990) (células de la caliptra) La deficiencia de Calcio inactiva la respuesta geotrópica de las raíces (Bennet et al., 1990) Marschner p. 291

Calcio y extensión radicular

Absorción del calcio Se realiza en las raíces jóvenes Absorción activa y pasiva Selectividad de la membrana Siguiendo el flujo del agua Vía simplasto: Atravesando la célula Posibiles reacciones en citoplasma que lo dejen inmovilizado Vía apoplasto: espacio intercelular Preferente hasta la formación de la banda de Caspari en las células de las raíces

High Ca uptake by roots tips, where the Casparian band is not yet developed Microscopical cross section of a root Root hair Root tips Xylem vessel, from there Ca goes to the shoot Old root Rhizodermis Exodermis Casparian band Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca uptake is extremely high at the root tips, were the casparian band which acts as a physical barrier is not yet developed. In a less extend, the zone of lateral root growth is important, where the growing roots penetrate the cortex and in parallel the casparian band of the root. In the root, Ca is released to the xylem for long distance transport. This release is seperately regulated from the ion uptake in the cortical cells and seem to be a feedback regulation depending on shoot demand. Ca++ In older roots the Ca transport is more or less hindered by a physical barrier, the “Casparian band”.

Distance of the Ca- supply-zone to the root tip Ca uptake mainly takes place at the root tips and the zone of lateral root growth Distance of the Ca- supply-zone to the root tip Ca-uptake (neq Ca/12 plants) 15 – 18 cm 418 12 – 15 cm 402 6 – 9 cm 1566 root tip 0 – 3 cm 4095 Richter, Kali Briefe 14, (1) 5, 1978; Accumulation and translocation of 45Ca expressed in nanoval or nano equivalent Ca uptake during 24 hours by 12 plants. Ca uptake is extremely high at the root tips, were the casparian band is not yet developed. In a less extend, the zone of lateral root growth is important, where the growing roots penetrate the cortex and in parallel the casparian band of the root. As a consequence it is important to offer the Ca at the place where the root growth is most intensive and to stimulate root growth in order to achieve an optimum Ca uptake. Because of a lack of phloem mobility, root tips have to meet their Ca demand for growth by direct uptake from the external solution (Clarkson, 1984). Due to the high Ca demand of growing roots, a high amounts of Ca is accumulated in the root after it has been taken up and is not translocated to the shoot. REF: Richter - 1978

Movimiento del calcio en la planta Vía xilema Movimiento lento por su alta reactividad El motor principal es el flujo de agua en la planta Potencial debido a la evapotranspiración. Efecto tirón Potencial radicular. Efecto empuje. Principal destino son los órganos de transpiración (hojas). Competencia por absorción. Efecto sumidero. Translocación deficiente vía floema Reactividad del calcio Alto pH de los fluidos floemáticos Elemento “inmóvil”

Movimiento del Potasio. Elemento móvil

Movimiento del Calcio. Elemento inmóvil

La salinidad reduce la absorción de calcio Increasing EC Barke and Menary, 1971 Calcium nutrition of the tomato as influenced by total salts and ammonium nutrition Australian journal of exp. agric. 11(52), p 562-569 Ref: Barke and Menary, 1971

Mejor absorción con CN tomate Calcio en savia (mg/l) Source: Gárate et al., 1991 tomate

¿Donde se va el Ca aplicado en fertirrigación?

Calcio en melones y sandías Blossom end rot (Cirulli & Ciccares, 1981) Reduce incidencia de Fusarium (Jones et. al, 1975) Reduce la aparición de necrosis en tallos y el rajado (Waters & Nettles, 1960)

Calcium deficiency causes cracking

Importante para el llenado (honey dew melon) Sin Ca Con Ca

Calcium distribution in cantaloupe fruits Good calcium supply Ca deficiency – 24 days old fruit 0.54%a 0.55%a 0.72%a 0.78%a 0.12%a 0.10%b 0.19%a 0.16%b Source: Bernadac, 1996 Higher calcium content in the ring Higher calcium content in the proximal part of the fruit flesh Similar calcium content in all parts of the ring (no statistical difference) Still the fresh fruit contains 60% of the total fruit calcium at harvest Poor calcium in the fruits relates to poor development of xylem vessels Source: Bernadac, 1996

Dinámica de absorción de nutrientes en melon

When to apply Ca… In general Ca is continuously needed during the whole growth period. As roots need a continuous Ca supply for growth. As the Ca uptake follows the growth curve. However, there are growth phases in which the plant can be supported by extra Ca, for example: During periods of fast growth to counteract Ca dilution that occurs in plant tissue. During early fruit growth to support requirements during cell division. During periods of plant stress, as calcium is important for stress amelioration.

Melon: Ca accumulates early in the fruit while K accumulates until harvest time Ca accumulation almost completed by 27 days after fruit set. K increases together with fruit dry weight. Explanation: Calcium enter the fruits mainly via xylem vessels with water stream. Potassium can be transported both in xylem and phloem. Young fruits are first fed via the xylem and then mainly via the phloem. ISHS Acta Horticulturae 481: International Symposium on Growing Media and Hydroponics EFFECTS OF TEMPORARY CALCIUM DEFICIENCY ON THE INCIDENCE OF A NUTRITIONAL DISORDER IN MELON Authors:   I. Jean-Baptiste, P. Morard, A. Bernadac Keywords:   Cucumis melo L., vitrescence, fruit, calcium content Abstract: The annual production of melon fruit in France amounts to ca. 320,000 tons. A physiological disorder called "vitrescence" has appeared recently: the pulp colour is more intense, with a vitreous aspect and a deliquescent texture. The symptoms are likely to be related to the calcium nutrition of the fruit. Melon plants (Cucumis melo L. var. Maestro) were grown hydroponically under a plastic tunnel in Southern France. After the application of a temporary calcium deficiency for 17 days to plants bearing fruits whose age was in the range 3–20 after anthesis, the supply of calcium was resumed and the fruits were harvested at maturity (37 days). When the calcium deficiency was applied to plants bearing young fruits, 50 to 100% of the fruits displayed vitrescence symptoms: their calcium contents were lower than those of the control fruits ; a relationship between the vitrescence incidence (%) and the calcium content of the pulp was observed. At such a developmental stage, calcium deficiency resulted in irreversible damage which could not be counter-balanced by calcium supply resumption. In contrast, when the calcium deficiency was applied at a more advanced developmental stage (20 days after anthesis), the stress had no effect on the calcium already accumulated by the fruit and thus had only a limited incidence on the appearance of vitrescence. In the control plants grown throughout the experiments on nutrient solutions containing calcium, the fruits did not display any vitrescence symptoms. Ref: Bernadac, 1996

Niveles máximos de aplicación (levante español) Aplicación continuada Máximo de absorción entre los 40 y los 110 d.d.t Producción integrada N P2O5 K2O Ca Mg 225 135 383 158 90 U.F máximas ha

GRACIAS POR SU ATENCION sergio.campos@yara.com Tel. 52023700