Absorción y Traslocacion

Lectura 3

Entrada de Herbicidas – Raíces

• Radical – absorción por las raíces

• Conceptos importantes

– Epidermis – capa exterior de células que cubre la raíz

– Pelos radicales – extensiones tubulares de células epidermales

– Endodermis – capa interior de células que envuelve la Banda Caspari y tejido vascular

– Banda Caspari – región en la raíz en forma de banda que contiene suberina y lignina (lipofilico).

Entrada de Herbicidas – Raíces

• Conceptos importantes

– Lignina – polímero de compuestos fenólicos que proporciona rigidez a la pared celular

– Suberina – material cerosos presente en la banda Caspari que previene la perdida de agua en la raíz

• Herbicidas preemergentes – aplicados al suelo

• < 5% es absorbido

Transporte a través de raíces

• Dos procesos importantes

– Difusión – transporte de moléculas en respuesta a un gradiente de concentración

– Flujo de masa – transporte de moléculas debido a movimiento de agua asociada con la transpiración, percolación o escorrentía.

– Según Devine et al (1993), los datos que existen para demostrar la relación de transpiración y absorción de herbicidas por la raíces son contradictorios

– Ver diagrama y video de transpiración

Transporte a través de raíces

• Típicamente, el herbicida se absorbe rápido (5-30 minutos). Ver Figura 4.1

• La absorción radical se puede expresar de la siguiente forma:

– RCF= Concentración del herbicida en tejido radical

Concentración del herbicida en solución

Si es <1 indica que la absorción radical es baja y lo contrario si es >1.

• La propiedad fisicoquímica mas importante es Kow . Ver Figura 4.2

Transporte a través de raíces

• Herbicidas lipofilicos entran a través a las células en las raíces mas rápido.

• El RCF de ácidos débiles (2,4-D) aumenta con la disminución en pH

– La permeabilidad en la membrana celular favorece moléculas no disociadas (bajo Sw) sobre las disociadas. Ver Figura 4.3.

• RCF esta negativamente correlacionado con KD

Absorción en la raíz

Entrada de Herbicidas – Follaje

• Foliar – absorción por el follaje (hojas, tallos y yemas)

• Conceptos importantes

– Cutícula – capa exterior cerosa de células epidermales

• Previene la perdida de agua y entrada de xenobioticos (e.g. herbicidas)

– Cutina – sustancia parcialmente hidrofílica compuesta de cadenas largas de carbonos (C16-18) presente en la cutícula

Entrada de Herbicidas – Follaje

– Pectinas y celulosa – carbohidratos polares asociados a la pared celular.

• “…cuticle is not a homogeneous layer; the outer surface is highly lipophilic and the environment becomes increasingly hydrophilic as the inner surface of the cuticular membrane is approached” Devine et al. 1993.

• Por lo tanto, la penetración foliar es un proceso complejo.

• Ver video de absorción foliar

Entrada de Herbicidas – Follaje

• Se utiliza cuando las malezas hallan germinado

• La penetración cuticular ocurre por difusión pasiva

– Un gradiente de concentración del herbicida dentro y fuera de la cutícula

– Es un proceso lento

• Depende de:

– Propiedades fisicoquímicas, morfología de la hoja, cantidad de ceras

Entrada de Herbicidas – Follaje

1. Las propiedades fisicoquímicas afectan la absorción a través de la cutícula

– Los que se ionizan (carga -) no penetran la cutícula tan fácil como los que no tienen carga

– Lipofilicos se adhieren a las ceras cuticulares y los polares dependerán de surfactantes para penetrar la cutícula

Entrada de Herbicidas – Follaje

2. Morfología de la hoja

– Los tricomas podrían limitar el contacto de la gota con la superficie de la hoja

– Superficie foliar horizontal retienen mejor el herbicida que aquellas verticales

3. Componentes estructurales en las hojas

– Estudios demuestran que la penetración cuticular de 2,4-D aumenta si se remueven las ceras cuticulares (no polares) (Devine et al. 1993).

Entrada de Herbicidas – Follaje

• Típicamente <30% del herbicida aplicado es absorbido por la hoja

• El herbicida aplicado al follaje es susceptible a fotolisis, hidrolisis, volatilización, y “washoff”

– ~50% del herbicida aplicado sufre de “washoff” cuando la precipitación es de 0.3 pulgadas

• Ver tabla comparativa entre penetración a través de raíces y follaje

Factores que afectan la retención foliar (applicator’s side)

• Volumen de aplicación – GPA

– Cobertura adecuada y tamaño de gota

• Cantidad de material vegetativo

– Plantas de recién poda es menos efectivo

• Lluvia

– Según etiqueta de Rodeo (glifosato), la lluvia que ocurre las primeras 6 horas de la aplicación puede reducir la efectividad del herbicida. Sin embargo, un episodio de lluvia fuerte las primeras 2 horas puede lavar “washoff” el producto aplicado

Como mejorar la retención foliar?

• Con el uso de surfactantes

• Es un compuesto organico que tienen una parte hidrofilica (soluble en agua) y una parte lipofilica (soluble en grasa) en su estructura molecular

• Pueden ser clasificados como no-ionicos, anionicos (-), y cationicos (+)

• Actúan como “wetting agents” y/o penetrantes

Como mejorar la retención foliar?

• Reduce la tensión superficial

• Elimina capas de aire entre la gota y la hoja

• Aumenta la permeabilidad de la cutícula

• Facilita el movimiento a través de la pared celular

Tensión superficial y angulo de contacto

• TS – cantidad de trabajo requerida para aumentar el área superficial de la gota de un liquido. TS = trabajo/area

– Trabajo puede ser expresado en mN (milinewton)

• AC – ángulo entre la superficie y un liquido

– Teflon > 90° vs cristal ~0°

• Tabla Massey de los diferentes líquidos

• Figura 3.5 libro Devine et al. 1993

Translocación

• El proceso de absorción foliar es completado cuando el herbicida llega al citoplasma

– Organelos – chloroplastos, mitocondria

• Movimiento puede ser:

– Simplasto – (floema)

– Apoplasto- (xilema)

– No movimiento – contacto; no sistémico

sistémico

Simplasto (floema)

• Tejido vascular envuelto en el transporte de compuestos metabólicos (AA’s, CHO’s) al lugar de uso.

• Células conectadas por plasmodesmos

• Lugar de producción (“source”) son las hojas maduras y órganos reproductivos (rizomas)

• Lugar de uso (“sink”) son las hojas jóvenes, yemas y flores

• El movimiento ocurre en ambas direcciones

Simplasto

Simplasto (floema)

• El pH del simplasto es de 7.5 a 8.0

• No existe un pKa o Kow optimo pero se sabe que uno depende del otro en el movimiento a travez del simplasto

– Ver Figura 5.6 y 5.7 Devine et al. 1993

– Ver Figura 14 Shaner

Apoplasto (xilema)

• Tejido vascular envuelto en el transporte de agua y nutrientes desde la raíz hasta el follaje.

• El movimiento ocurre de abajo hacia arriba

• Transpiración a través de estomas que abre y cierran dependiendo de la necesidad de agua

• Aplicados al suelo – raíz al follaje

• También depende de pKa y Kow

• Volver a discutir figura 5.7 Devine et al. 1993

• Ver video

Simplasto vs Apoplasto

• Puede haber movimiento en ambos tejidos

– Glifosato ocurre en ambos (Dewey and Appleby 1993)

No Traslocacion

• De contacto

– Destrucción de membrana

– Necrosis del follaje

– Ocurre de inmediato

– Bueno para anuales, no perennes

– paraquat

Transporte a través de membrana celular

• Una vez el herbicida se absorbe por el follaje o raíces, y se transporta tiene que impactar los organelos en la célula

• Varios mecanismo pueden explicarlo:

– Difusión simple

– Difusión intermedia

– “Ion-trapping”

– “Carrier-mediated transport”

Transporte a través de membrana celular

• Difusión simple

– Gradiente de concentración que existe fuera y dentro de la célula

• Mecanismo común en neutrales y no-ionizables (alachlor)

• Difusión intermedia

– El transporte inicial no es afectado por el pH, pero una vez entra a la célula no puede salir

• Glifosato fuera de la célula es -1 pero dentro es -2. Una vez dentro

Transporte a través de membrana celular

• “Ion-trapping”

– Ácidos débiles sin carga penetran la membrana lipofilica fácilmente.

– Una vez dentro (pH 7.8) que atrapados por su carga negativa

– Aunque glifosato es acido débil, a pH fisiológico (5.5) ya tiene carga (-1) lo cual difiere de los demás

– 2,4-D puede ser transportado de esta forma

Transporte a través de membrana celular

• “Carrier-mediated Transport”

– En el caso de 2,4-D la misma proteina que se encarga de transportar el IAA (hormona)

– Ver video

Definiciones

• Modo de acción – secuencia de eventos desde absorción hasta mortalidad de la planta lo cual explica como el herbicida interrumpe el desarrollo normal de la planta. – Glifosato – inhibidor de biosíntesis de AA’s

• Lugar de acción – rx metabólica que es afectada o interrumpida por el herbicida – Glifosato – 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate

(EPSP) synthase enzyme

Importancia

• Agrupar según especies de malezas

• Elucidar metodología de aplicación

• Diagnosticar respuesta de daño

– Clorosis, necrosis

• Prevenir resistencia a herbicidas

• Ir al poster de HRAC

• Presentar website hracglobal.com