Nutrienti essenziali, carenze e disturbi nelle piante

Solo alcuni elementi si sono dimostrati essenziali per le piante. Un elemento essenziale è definito come un elemento con caratteristiche di componente intrinseco della struttura o metabolismo di una pianta o la cui assenza causa gravi anomalie nella crescita, sviluppo o riproduzione di una pianta. La disponibilità di questi elementi essenziali e dell'energia solare permette alle piante di sintetizzare tutti i composti di cui hanno bisogno per crescere normalmente. Gli elementi essenziali vengono di solito classificati come macronutrienti o micronutrienti, secondo le loro concentrazioni relative nel tessuto vegetale. I macronutrienti sono richiesti in notevoli quantità per la crescita della pianta. Si tratta di molecole che formano strutture biologiche rilevanti. I micronutrienti, invece, sono richiesti in tracce o in piccole quantità per la crescita della pianta. Si tratta di metalli (Zn, Fe, etc) ed hanno funzioni enzimatiche (parte integrante di enzimi). Talvolta, però, le differenze di concentrazioni non risultano molto evidenti, per questo alcuni ricercatori hanno avanzato l'idea che gli elementi essenziali vengano, invece, classificati a seconda del loro ruolo biochimico e della loro funzione fisiologica. In questo modo gli elementi nutritivi vengono classificati in quattro gruppi principali:
1.Azoto e zolfo costituiscono il primo gruppo di elementi essenziali. Questi elementi nutritivi sono assimilati dalla pianta nelle reazioni biochimiche di ossidazione e riduzione per formare legami covalenti con il carbonio e creare composti organici come gli amminoacidi, le proteine, gli acidi nucleici, etc;  
2.Il secondo gruppo (P, Si, B) è importante nelle reazioni di stoccaggio dell'energia o nel mantenere l'integrità strutturale. Gli elementi di questo gruppo possono essere spesso riscontrati nei tessuti vegetali sotto forma di esteri di fosfati, borati e silicati, in cui il gruppo dell'elemento è legato al gruppo ossidrilico di una molecola organica (per esempio uno zucchero-fosfato; il fosforo è molto importante soprattutto nelle reazioni in cui è coinvolta l'ATP ed è inoltre un componente importante di acidi nucleici, nucleotidi, coenzimi, fosfolipidi ecc.; il silicio, invece, è depositato nelle pareti cellulari sotto forma di silice amorfo e contribuisce alle proprietà meccaniche delle pareti; infine, il boro è coinvolto nel processo di allungamento cellulare e nel metabolismo degli acidi nucleici;
3.Il terzo gruppo di elementi (K, Ca, Mg, Cl, Mn, Na)  è presente nei tessuti vegetali sotto forma di ioni liberi disciolti nell'acqua dei tessuti, o legati elettrostaticamente a sostanze di vario tipo. Di particolare importanza è il loro ruolo come cofattori enzimatici nella regolazione dei potenziali osmotici. Infatti, il potassio è richiesto come cofattore da più di 40 enzimi; il calcio è il costituente della lamella mediana nelle pareti cellulari e agisce come secondo messaggero nella regolazione metabolica; il magnesio è richiesto in numerosi enzimi coinvolti nel trasferimento del fosfato ed è presente nella clorofilla; il cloro è richiesto per le reazioni fotosintetiche coinvolte nello sviluppo di ossigeno; il manganese è richiesto per l'attività di alcune deidrogenasi, chinasi, ossidasi e perossidasi; infine, il sodio è coinvolto nella rigenerazione del fosfoenolpiruvato nelle piante C4
4.Il quarto gruppo (Fe, Zn, Cu, Ni, Mo), formato da metalli come ferro, riveste un ruolo importante nelle reazioni di trasferimento ionico. Il ferro è il costituente di citocromi; lo zinco è il costituente di molti enzimi come l'alcool deidrogenasi o la carbonato deidrogenasi.