A partir dos critérios de essencialidade dos nutrientes, propostos por Arnon e Stalt (1939) e revisados por Epstein (1999), foram definidos os 14 elementos essenciais as plantas que conhecemos (N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni e Zn), além dos cinco elementos benéficos (Co, I, Na, Se e Si). Recentemente Brown et al. (2022) analisando essas definições propõem que tais conceitos sejam redefinidos para uma nova visão da nutrição de plantas, que pode modificar a regulamentação e o uso de fertilizantes na agricultura mundial.

O que é um nutriente mineral?

Para crescer, se desenvolver e reproduzir, as plantas requerem elementos específicos chamados de nutrientes.

Nutriente mineral é um elemento inorgânico necessário para a sobrevivência ou para a síntese de compostos orgânicos.

Contudo, nem tudo o que a planta absorve pode ser considerado nutriente, visto que ela não possui seletividade aos elementos presentes no solo e passíveis de absorção.

Nutrientes essenciais ao desenvolvimento das plantas

Os efeitos benéficos da adição de elementos minerais (como cinzas e calcário) ao solo para melhorar o crescimento das plantas são conhecidas da agricultura há mais de 2.000 anos. No entanto, a cerca de 150 anos atrás a função dos elementos minerais no crescimento das plantas ainda era uma questão científica controvérsia.  

Foi principalmente, devido a Justus von Liebig (1803-1873) que a informação dispersa sobre a importância de certos elementos para o crescimento das plantas foi compilada e resumida, e que a nutrição mineral de plantas foi estabelecida como uma disciplina científica.

 Essas conquistas levaram a um rápido aumento no uso de fertilizantes minerais. Até o final do século XIX, especialmente na Europa, grandes quantidades de potássio, superfosfato e, mais tarde, N inorgânico foram usados ​​na agricultura e horticultura, para melhorar o crescimento e produção das plantas.  

Utilizando-se apenas da observação e especulação Liebig concluiu que os elementos N, S, P, K, Ca, Mg, Si, Na e Fe eram essenciais para o crescimento das plantas. Por esta conclusão não ter base científica, grande número de estudos sobre os elementos de plantas passou a ser realizado no final do século XIX e início do século XX.

Percebeu-se a partir da composição elementar de diferentes espécies de plantas crescidas em vários tipos de solos que a presença ou concentração do elemento na planta poderia ser usada como critério de essencialidade.

Contudo, também se desenvolveu a percepção de que a planta não possui seletividade para absorver somente os elementos essenciais ao seu crescimento e desenvolvimento, podendo absorver elementos tóxicos, que poderiam inclusive levar a morte dessas plantas. 

A partir disso foram definidos os critérios de essencialidade de nutrientes propostos por Arnon e Stalt (1939) e revisados por Epstein (1999), onde foram definidos os conceitos de nutriente essencial e nutriente benéfico às plantas.

Critérios de essencialidade dos nutrientes 

A realização de experimentos com plantas cultivadas em areia e solução nutritiva nos quais as plantas eram privadas de elementos particulares permitiu estudar os efeitos de determinado nutriente sobre o crescimento e desenvolvimento das plantas, permitindo inclusive entender o papel destes no metabolismo vegetal.

A partir desses trabalhos definiu-se a essencialidade de 14 nutrientes minerais.

Os critérios de essencialidade dos nutrientes foram propostos por Arnon e Stalt (1939) e revisados por Epstein (1999).

Conforme publicado por Marschnner (2012) em um dos livros mais conceituados na área de nutrição de plantas, para ser considerado essencial o elemento deve atender à três critérios:

1. A carência do elemento impede que a planta complete o ciclo – a planta deve ser incapaz de completar seu ciclo de vida na ausência do elemento; 
2. O elemento tem função específica, sintomas característicos e não pode ser substituído por nenhum outro. Por exemplo: o Na apresenta propriedades semelhantes à do K, porém não pode substitui-lo completamente; 
3. O elemento deve estar implicado diretamente no metabolismo vegetal – por exemplo, como um componente de um constituinte essencial da planta, como uma enzima – ou deve ser necessário para uma etapa metabólica distinta, como uma reação enzimática.

Elementos essenciais

O elemento é considerado essencial apenas quando cumpre os critérios de essencialidade, mesmo que ele melhore o crescimento ou um processo fundamental de uma planta. 

Os elementos minerais essenciais são denominados de nutrientes e classificados, conforme a necessidade das plantas em:

Macronutrientes – constituem aproximadamente 99,5% da massa seca, cuja exigência é da ordem de gramas do nutriente por quilo de massa seca produzida pelas plantas (g kg^-1);

Micronutrientes – constituem cerca de 0,5% da massa seca das plantas e cuja exigência é de miligramas do nutriente para cada quilo de massa seca vegetal (mg kg^-1). Apesar disso, os micronutrientes podem estar em elevada concentração no tecido vegetal, como no caso de coco cultivado em regiões salinas. 

Os nutrientes. minerais são agrupados em: 

• Orgânicos: C, H e O; 
• Macronutrientes: N, P, K, Ca, Mg e S; 
• Micronutrientes: B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni e Zn; 

Elementos Benéficos

Os elementos benéficos são definidos como elementos que estimulam o crescimento, mas não são essenciais de acordo com esses três critérios, ou são essenciais apenas para certas espécies de plantas, ou sob condições específicas. Se enquadram nesse grupo: silício, sódio, iodo, cobalto e selênio.

Elementos Tóxicos

Os elementos tóxicos são os elementos (que podem ser essenciais ou não) que em determinada concentração são prejudiciais às plantas.

Inclui metais pesados que são essenciais ao crescimento, como Zn, Cu, Ni, Cr, Al, Mn, Fe, B. – mas que em excesso podem ser tóxicos, além de outros metais como Al, Cr, Hg, As, Pb, etc…

Função dos nutrientes nas plantas 

Os nutrientes podem desempenhar basicamente três funções na planta, conforme explicado a seguir com definição e esquema, onde M = elemento: 

1. Estrutural: O elemento faz parte da molécula de um ou mais compostos orgânicos; exemplos: N: aminoácidos, proteínas; Ca: pectato; N e Mg: clorofilas; N e Fe: hemoglobina. 

2. Constituinte de enzima: Refere-se a elementos, geralmente metais ou elementos de transição, que fazem parte do grupo prostético de enzimas e que são essenciais às atividades das mesmas; é o caso de Fe, Mn, Cu, Mo, Zn, Ni. Ex: Redutase do nitrato (Mo), urease (Ni). 

3. Ativador enzimático: Sem fazer parte do grupo prostético, o elemento, dissociável da fração proteica da enzima, é necessário à atividade. Ex: proteína cálcio-calmodulina (Ca), K, Zn, Fe, Mn. Salienta-se que o nutriente, não só ativa como também inibe sistemas enzimáticos, afetando a velocidade de muitas reações no metabolismo do vegetal. 

Novas definições do que são elementos essenciais para as plantas são necessárias?

Em artigo publicado no ano passado por Brown e colaboradores, os autores discutem que uma nova definição do que é nutriente de plantas é necessária e propõem uma nova definição do que seria um nutriente mineral.

Os autores defendem que ao invés de modificar a definição do que é um elemento essencial ou benéfico se defina o que é um nutriente mineral.

A definição proposta pelos autores é a seguinte: “Um nutriente mineral vegetal é um elemento essencial OU benéfico para o crescimento e desenvolvimento da planta ou para os atributos de qualidade da planta ou produto colhido, de uma determinada espécie de planta, cultivada em seu ambiente natural ou cultivado” (BROWN et al., 2022).

Em outras palavras, os autores propõem que os elementos benéficos sejam incluídos junto com os nutrientes essenciais como nutriente mineral de plantas.

A atual definição de nutriente essencial exclui muitos nutrientes de plantas que ‘apenas’ melhoram o crescimento das plantas, melhoram a eficiência da utilização de nutrientes, água e outros recursos, aumentam a tolerância ao estresse abiótico ou biótico ou melhoram a qualidade ou valor nutricional do produto colhido e isso precisa ser repensado (BROWN et al., 2022).

Na definição sugerida por Brown et al. (2022) os elementos iodo, sódio, silício e cobalto seriam incluídos como nutrientes “essenciais”.

Implicações de determinado elemento não ser reconhecido como nutriente vegetal

Para Brown et al (2022) a definição atual de nutriente vegetal restringe o estudo da nutrição vegetal, bem como o desenvolvimento de práticas de fertilização necessárias para otimizar a produção de alimentos adequados para dietas animais e humanas.

A classificação de um nutriente como essencial, em oposição a benéfico ou não nutriente, afeta profundamente todas as formas de rotulagem, registro e diretrizes de uso de fertilizantes e outros produtos contendo nutrientes.

Segundo os autores hoje há uma discrepância entre o que os cientistas reconhecem como nutrientes essenciais e benéficos e seus respectivos tratamentos no atual regulamento de fertilizantes da União Europeia (UE 2019). O Cl, por exemplo, é listado como ‘essencial’ por cientistas de nutrição de plantas, enquanto não é classificado como nutriente vegetal pela União Europeia. Em contraste, Co e Na são vistos como elementos “benéficos” em livros de ciências, mas classificados como nutrientes pela União Europeia (Tabela 1).

Tabela 1 Definição atual de alguns elementos listados como nutrientes para plantas (Marschner 2012) e sua respectiva classificação no atual regulamento de Produtos Fertilizantes da UE 2019/1009.

Elemento	Marschnner (2012)	EU (FRP 2019/1009)
Al	Benéfico	Não é um nutriente
Cl	Essencial	Não é um nutriente
Co	Benéfico	Nutriente
Na	Benéfico	Nutriente
Ni	Essencial	Contaminante
Se	Benéfico	Não é um nutriente
Si	Benéfico	Não é um nutriente

Adotar um novo conceito do que é um nutriente de plantas (diferente do que hoje consideramos como nutriente essencial e nutriente benéfico) é um ponto de partida para um debate que influenciará a legislação de fertilizantes em diversos países.

Conclusões

O que são nutrientes essenciais para as plantas? Embora esse conceito já tenha disso definido em 1939 por Arnon e Stalt, com base no critério de essencialidade dos nutrientes, ainda há espaço para questionamentos sobre o assunto na nutrição de plantas moderna.

Brown et al. (2022) defende que um novo termo seja adotado: nutriente mineral: que engloba tanto os nutrientes essenciais como benéficos. Isso permitiria que os agentes reguladores considerassem os elementos benéficos como componentes legítimos de fertilizantes; o que encorajaria mais pesquisas científicas visando otimizar o rendimento das culturas e buscar estratégias de produção orientadas para a qualidade em diferentes espécies e ambientes. 

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Referências

ARNON, D.I.; STOUT, P.R. The essentiality of certain elements in minute quantity for plants with special reference to copper. Plant Physiology, v. 14, p.371–375.1939. DOI: 10.1104/pp. 14.2.371

BROWN, P.H.; ZHAO, F.J.; DOBERMANN, A. What is a plant nutrient? Changing defnitions to advance science and innovation in plant nutrition. Plant and Soil, v. 476, p. 11-23, 2022. DOI: 10.1007/s11104-021-05171-w

Epstein E. Annual review of plant physiology and plant molecular biology. Silicon v. 50, p. 641–664. 1999. DOI: 10. 1146/annurev.arplant.50.1.641.

MARSCHNER P (ed) (2012) Marschner’s mineral nutrition of higher plants, 3rd edn. Academic, Amsterdam.

Sobre a autora: