La composición de las plantas. El tejido fresco de las plantas esta compuesto de 80-95 % de agua dependiendo de la especie, turgencia y época del muestreo. Debido a la variabilidad en el peso fresco, se requiere de un muestreo más preciso que estime el contenido de la planta, lo que normalmente se obtiene con el peso seco del tejido. Para obtener el peso seco, el material fresco se seca en una estufa hasta que toda el agua es removida. Lo que permanece como materia seca es alrededor del 5 a 20 del peso inicial. En promedio 90 % del peso seco estará formado por C, O e H. El agua suministra H y O, pero algo del O y el C es aportado por el dióxido de carbono presente en la atmósfera. Ya que solamente el 15 % del peso fresco de la planta es materia seca y 90 % de esta es representada por carbono, oxígeno e hidrógeno, todos los elementos restantes contribuyen aproximadamente con el 1.5 % del peso fresco de la planta.
Elementos esenciales. Existen 92 elementos minerales naturales, pero solamente 60 de ellos se han encontrado en las plantas. Aunque no todos estos elementos son considerados esenciales, se puede decir que cualquier elemento que este presente en la solución del suelo o sustrato es absorbido por las raíces de las plantas en alguna cantidad. Sin embargo, las plantas son selectivas en cuanto a los elementos que absorben, así como en el contenido y velocidad con que los absorben. Esto significa que no siempre la absorción es proporcional a la disponibilidad nutrimental. Para que los elementos sean requeridos por las plantas, deben cumplir los siguientes tres criterios, llamados principios de esencialidad:
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En ausencia del elemento las plantas no pueden completar su ciclo normal de vida.
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El papel que el elemento desempeña en la vida de la planta debe ser específico, no pudiendo ser sustituido por otro elemento en esa función.
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El elemento debe estar directamente involucrado en la nutrición de la planta, siendo constituyente de algún metabolito esencial o ser requerido directamente para la acción de alguna enzima y no solamente influir para que otro elemento sea mas fácilmente disponible o disminuir la toxicidad de otro elemento.
Así, el nitrógeno es esencial porque forma parte de compuestos orgánicos como aminoácidos, proteínas, coenzimas, ácidos nucleicos, hormonas, vitaminas, pigmentos como la clorofila y si falta, la planta no crecerá, quedará pequeña y morirá prematuramente.
Existen 17 elementos que son considerados esenciales para el crecimiento de las plantas superiores. Desde el punto de vista de su esencialidad ningún nutrimento es más importante que otro, todos deben estar presentes solo que en diferente cantidad. Al hacer el análisis de tejido de cualquier planta, se puede encontrar trazas de minerales como plata, estroncio, aluminio, plomo y otros elementos, pero no cumplen con los criterios antes señalados, lo cual significa que la presencia de un elemento mineral no prueba que sea esencial para la planta.
De esos 17 elementos esenciales, 14 son minerales y son los que se suministran en las soluciones nutritivas. De acuerdo a la concentración relativa en que se encuentran en los tejidos, los elementos esenciales se clasifican en macronutrimentos y micronutrimentos. El carbono (C) es obtenido del dióxido de carbono (CO2); el hidrógeno (H) y el oxígeno (O2) son obtenidos del agua y oxígeno; a partir de las cuales, las plantas elaboran un gran número de moléculas orgánicas. A estos tres elementos se les considera no minerales y constituyen del 90-96 % de la materia seca de una planta y, el resto está constituido por los elementos minerales.
Los macronutrimentos minerales son: nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K), Calcio (Ca), magnesio (Mg) y azufre (S). Los micronutrimentos son: cloro (Cl), hierro (Fe), manganeso (Mn), boro (B), cobre (Cu), zinc (Zn), molibdeno (Mo) y níquel (Ni). A pesar de que los micronutrimentos se requieren en concentraciones muy bajas, éstos desempeñan funciones vitales para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Generalmente los macronutrimentos forman parte estructural de diferentes compuestos orgánicos y, los micronutrimentos son constituyentes de grupos prostéticos en metaloproteínas y activadores de enzimas.
Por otro lado, ciertas especies de plantas requieren de otros elementos, los cuales pueden considerarse esenciales para esa planta o simplemente se les llama benéficos o útiles. Por ejemplo, el sodio es un elemento esencial para plantas con fotosíntesis o metabolismo C4 (maíz, caña de azúcar, etc.), plantas CAM (cactáceas, bromeliáceas, orquídeas, etc.) y plantas halófitas (tolerantes a sales). El silicio es esencial o elemento benéfico en aquellas plantas que acumulan silicio en sus tejidos (gramíneas como el arroz, caña de azúcar y pastos; equiseto, pepino, malezas, etc.), formando parte de las estructuras de la pared celular. Se ha reportado que el silicio ayuda a prevenir enfermedades fungosas en pepino. En la actualidad muchos productores de pepino en sistemas hidropónicos, agregan silicio en la solución nutritiva (como silicato de potasio en concentraciones de 100 mg L-1).
Generalmente el agua contiene sodio y cloro, por esta razón no es necesario agregar algún fertilizante para añadirlos en la solución nutritiva. Sustratos como las arenas contienen silicio y además es un elemento traza en algunos fertilizantes. Otros elementos como el Ni, Cl y Mo también están como impurezas, por lo que no es necesario aportarlos con sales minerales en la solución nutritiva.
Otros elementos de este grupo son el aluminio (Al) (mejora el crecimiento en plantas adaptadas a pH ácidos), cobalto (Co) (ayuda en la fijación biológica de N2 en leguminosas), Platinum (Pt) (incrementa el crecimiento en algunas plantas) y Vanadio (V) (ayuda a la acción del Mo y puede sustituirlo en sus funciones).