The beneficial roles of trace and ultratrace elements in plants

Resumo

A nutrição elementar ideal é a chave para obter produtos agrícolas de alta qualidade, atualmente e mais ainda no clima futuro. As plantas necessitam de vários elementos da tabela periódica para seu crescimento e desenvolvimento global, incluindo carbono (C), nitrogênio (N), oxigênio (O), potássio (K), zinco (Zn), cobre (Cu), etc. Alguns desses elementos são exigidos em grandes quantidades e estão prontamente disponíveis ou são fornecidos às plantas via suprimento externo. Elementos como Zn, Cu, ferro (Fe), etc., são exigidos em quantidades menores, variando de níveis traço a ultratraço. Além disso, existem outros elementos, conhecidos como elementos benéficos, que, embora não sejam essenciais, melhoram o crescimento e a tolerância ao estresse das plantas; por exemplo, selênio (Se) e silício (Si). Vários elementos participam das atividades metabólicas das plantas como constituintes de enzimas, como Se em glutationa peroxidases e tiorredoxina redutase, níquel (Ni) em urease e glioxalase I, Zn e Cu em superóxido dismutases e molibdênio (Mo) em nitrato redutase. Certos elementos participam do transporte de elétrons em mitocôndrias e cloroplastos e permitem a operação suave dos processos fotossintéticos e respiratórios. Além disso, um suprimento ideal de elementos benéficos e ultratraço ajuda as plantas a lidar com vários estresses abióticos e bióticos. Assim, manter um equilíbrio fino da nutrição mineral das plantas é uma abordagem sustentável para melhorar a saúde e a produtividade das culturas. A presente revisão apresenta os diversos papéis de vários elementos traço e ultratraço essenciais e benéficos in planta e discute direções futuras de pesquisa sobre esses elementos em plantas.

Abstract

The optimal elemental nutrition is the key to obtain high quality crop yields, presently and more so in future climate. Plants need a number of elements spanning the periodic table for their overall growth and development, including carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), potassium (K), zinc (Zn), copper (Cu) etc. Some of these elements are required in large amounts and are either easily available or provided to plants via external supply. The elements like Zn, Cu, iron (Fe) etc. are required in lesser amounts ranging from trace to ultratrace levels. Additionally, there are other elements, known as beneficial elements, which are although not essential but improve growth and stress tolerance of plants; for example selenium (Se) and silicon (Si). Various elements take part in plant metabolic activities as constituent of enzymes like Se in glutathione peroxidases and thioredoxin reductase, nickel (Ni) in urease and glyoxalase I, Zn and Cu in superoxide dismutases and molybdenum (Mo) in nitrate reductase. Certain elements participate in electron transport in mitochondria and chloroplasts and allow smooth operation of photosynthetic and respiratory processes. In addition, an optimum supply of beneficial and ultratrace elements help plants’ tackle various abiotic as well as biotic stresses. Thus, maintaining a fine balance of plant mineral nutrition is a sustainable approach to ameliorate crop health and yield. The present review presents diverse roles of various essential and beneficial trace and ultratrace elements in planta and discusses future directions of research on these elements in plants.