Azot u roślin

Źródła azotu i ich dostępność dla roślin

 

1

Związki organiczne jako źródło azotu

Organiczne związki azotowe gleby to zwłaszcza próchnica, a także inne, wymienione substancje, stanowiące pozostałości organizmów glebowych w postaci szczątków roślinnych i zwierzęcych, resztek pożniwnych, odchodów itp. Azot wielkocząsteczkowych związków organicznych, takich jak białka i kwasy nukleinowe, jest w zasadzie niedostępny dla roślin wyższych. Związki te ulegają jednak w glebie rozkładowi, a mianowicie mineralizacji lub humifikacji. Mineralizacja polega na szybkim, mikrobiologicznym rozpadzie łatwo rozkładających się substancji organicznych na związki nieorganiczne ( CO2, H2O, H2S,NH3). Humifikacja polega na przekształcaniu trudno rozkładających się substancji organicznych (lignina, celuloza) na związki humusowe (próchniczne), czyli ciemno zabarwione, koloidalne substancje zbudowane z węgla, tlenu, wodoru oraz azotu i będące podstawą próchnicy glebowej. Związki próchniczne grają duża rolę w żyzności gleby, lecz zawarty w nich azot nie jest dostępny dla roślin. W końcu i one mogą ulegać powolnej mineralizacji, przekształcając się na mineralne, przyswajalne formy azotu.

2

 

 

 

W wielu glebach występują, w nieznacznych ilościach aminokwasy; najczęściej kwas asparaginowy, glutaminowy i alanina. Mogą one stanowić ewentualne źródło azotu dla roślin, pod warunkiem, iż występują w niskich stężeniach. Wyższe stężenia aminokwasów działają toksycznie na rośliny, wywołując między innymi zmian morfologiczne ( np. skracanie korzenia i powodują liczne rozwidlania). W praktyce rolniczej aminokwasy jako źródło azotu nie mają większego znaczenia.

Duże znaczenie ma natomiast inny organiczny związek azotu- mocznik. Występuje on dość często w glebie, jako produkt rozpadu białka lub odchodów zwierzęcych. Mocznik jest wprowadzany w dużych ilościach do gleby jako nawóz otrzymywany droga syntezy chemiczne. Dla olbrzymiej większości roślin, mocznik stanowi doskonałe źródło azotu. Rośliny wykorzystują mocznik przy udziale enzymu- ureaza. Enzym ten występuje stale w wielu roślinach lub może być produkowany indukcyjnie, tzn. wtedy, gdy roślina pobiera mocznik. Także mikroorganizmy glebowe mogą produkować ureazę. Pod wpływem tego enzymu następuje hydrolityczny rozkład mocznika w komórkach roślinnych albo bezpośrednio w glebie.

3

Wytworzony amoniak jest silnie sorbowany przez glebę, co zabezpiecza przed większymi stratami azotu, nie utrudnia jednak pobierania przez rośliny. Mocznik natomiast w postaci niezmienionej nie jest zatrzymywany przez glebę i podobnie jak jon azotanowy może ulec wypłukaniu przez wody opadowe.

 

Związki amonowe gleby

Pochodzą one z amonifikacji (mineralizacji), tzw. z biologicznego rozkładu szczątków zwierzęcych i roślinnych. W wyniku hydrolizy enzymatycznej, związki azotu o skomplikowanej budowie (białka) przechodzą w związki prostsze. Amonifikacja przebiega w wielu stadiach, a przeprowadzają ją różnorodne organizmy glebowe, np. grzyby, bakterie, promieniowce, śluzowce oraz rośliny wyższe i zwierzęta.

4

Najważniejszym produktem końcowym jest amoniak, który zwykle ulega sorpcji przez koloidy glebowe. Proces amonifikacji przebiega z małą intensywnością, tak że zaledwie 2-3% azotu związanego w formie organicznej bywa mineralizowane w ciągu roku.

 

Związki azotanowe gleby

Związki azotanowe gleby pochodzą z nitryfikacji, to znaczy z biologicznego utleniania amoniaku, przeprowadzanego przez bakterie nitryfikacyjne. Jest to przykład chemosyntezy, w której energia uwalniana przez utlenianie amoniaku zostaje zużyta do syntezy związków organicznych z CO2 i wody; bakterie nitryfikacyjne są więc samożywne. Proces nitryfikacji przebiega intensywnie na glebach przewiewnych o odczynie słabo kwaśnym lub obojętnym; natomiast na glebach kwaśnych i o małej przewiewności nitryfikacja jest słaba i azot powstaje w postaci amoniaku; również susza glebowa hamuje proces nitryfikacji.

Związki azotanowe wytworzone w procesie nitryfikacji nie są sorbowane przez koloidy glebowe i dlatego łatwo ulegają wypłukiwaniu z gleby.

5

 

Znaczenie związków amonowych i azotanowych w odżywianiu roślin azotem

Zagadnienie to było przedmiotem długotrwałego sporu naukowego. Cześć badaczy sądziła, iż dla roślin najodpowiedniejszą formą azotu są azotany, ponieważ stanowią one formę najbardziej utlenioną. Inni byli przeciwnego zdania, uważali, że najbardziej właściwą dla roślin formą amonową, nie musi ona bowiem ulegać redukcji w celu syntezy aminokwasów, nie wymaga zatem dodatkowego wkładu energii.

Dziś ten dawny spór uważać można za rozwiązany, wykazano, ze obydwie formy są odpowiednim źródłem azotu dla roślin, natomiast lepsze lub gorsze działanie soli azotanowej lub amonowej, obserwowane w poszczególnych doświadczeniach zależy od  warunków środowiska oraz gatunku badanych roślin.

6

 

 

Azot cząsteczkowy (atmosferyczny) i jego dostępność dla roślin

Wiele procesów fizjologicznych np. denitryfikacji oraz technicznych np. spalanie prowadzi do całkowitego rozpadu organicznych związków azotu i uwolnienia tego pierwiastka w postaci cząsteczkowej. Jednak bilans azotowy nie staje się ujemny; jest tak dzięki przebiegającym równocześnie procesom wiązana azotu cząsteczkowego. procesy te odgrywają bardzo ważną rolę, bowiem uzupełniają zapasy związanego azotu. Wiązanie azotu cząsteczkowego odbywa się na skalę techniczną przy udziale wyspecjalizowanych mikroorganizmów.

7

Bakterie symbiotyczne, brodawkowe z rodzaju Rhizobium żyją wolno w glebie, lecz nie są zdolne do wiązania azotu dopóty, dopóki nie napotkają korzeni właściwej rośliny motylkowej. Wnikają one wtedy poprzez ścianę komórkową włośników do wnętrza, gdzie łączą się razem, tworząc tzw. nić infekcyjną. Nić infekcyjna wrasta w głąb aż do komórek kory pierwotnej. Podrażniona w ten sposób tkanka korzenia powoduje rozwijanie brodawek, podobnie jak podrażniona ukłuciem owada tkanka liścia wytwarza tzw. galasy.

W brodawkach bakterie intensywnie oddychają kosztem związków nieorganicznych dostarczanych przez roślinę motylkową. Cześć uwolnionej w tym procesie energii, bakterie zużywają do wiązania azotu cząsteczkowego. Związany azot, najprawdopodobniej w postaci amoniaku jest przyłączany do ketokwasów wytwarzanych przez roślinę motylkową. Powstałe w ten sposób aminokwasy i amidy służą do syntezy białek w roślinie- gospodarzu. Oprócz tego znaczne ilości związków azotowych przedostają się z brodawek do gleby i mogą służyć jako źródło azotu innym rośliną rosnącym z motylkowatymi równocześnie lub też po nich w płodozmianie.

Tak więc roślina-gospodarz dostarcza bakteriom brodawkowym związki węglowe pochodzące z fotosyntezy, natomiast bakteria brodawkowa dostarcza roślinie związany azot. Jest to zatem przykład symbiozy.

8

 

W praktyce prawdziwe równoprawne stosunki symbiotyczne pomiędzy roślina-gospodarzem a bakteriami brodawkowymi występują rzadko, jedynie w ściśle określonych warunkach. Zwykle przewagę uzyskuje jeden z partnerów, podczas gdy drugi na tym traci, a nawet może zginąć. Często komórki korzenia rośliny-gospodarza inaktywują lub rozpuszczają bakterie brodawkowe, które do nich przeniknęły. W innych przypadkach wysoce aktywny szczep bakterii brodawkowych może stać się pasożytem rośliny-gospodarza.

Bakterie niesymbiotyczne (wolno żyjące) z rodzaju Azotobacter i Clostridium stanowią typowe saprofity, czyli organizmy cudzożywne, wykorzystujące jako źródło węgla substancje organiczne gleby, pochodzące ze szczątków martwych organizmów.

9

Azotobacter (np. Azotobacter chroococcum) utlenia substancje organiczne gleby przy udziale tlenu atmosferycznego. Cześć uzyskanej w ten sposób energii zużywa do wiązania i redukcji azotu. Zredukowany azot wchodzi w skład komórek bakteryjnych w postaci białek i innych związków. Po śmierci bakterie ulegają rozkładowi w glebie, a zawarty w nich azot staje się dostępny dla innych roślin.

Clostridium (np. Clostridium pasteurianum) jest organizmem beztlenowym. Bakteria ta przeprowadza fermentację masłową polegającą a rozkładzie organicznych substancji gleby na kwas masłowy, bez udziału tlenu atmosferycznego. I w tym przypadku cześć uwalnianej przy tym energii jest zużywana do wiązania azotu cząsteczkowego. Ponieważ podczas fermentacji uwalnia się mniejsza ilość energii niż podczas oddychania tlenowego, zatem i ilość azotu wiązanego przez Clostridium jest mniejsza od ilości wiązanej przez Azotobacter.

Mechanizm wiązania azotu cząsteczkowego

Azot cząsteczkowy jest mało aktywny; rozerwanie jego potrójnego wiązania oraz redukcja wodorem wymaga znacznego wkładu energii. Zarówno energia, jak i wodór potrzebny do redukcji pochodzą, jak już wspomniano z oddychania. W procesie redukcji azotu biorą udział dwa układy enzymatyczne: nitrogenaza i hydrogenaza.

10

Nitrogenaza jest zespołem enzymów aktywujących azot, który dzięki aktywacji może łączyć się z wodorem. W skład nitrogenazy, prócz licznych enzymatycznych białek, wchodzą także metale: żelazo i molibden.

Z nitrogenazą ściśle współpracuje hydrogenaza, czyli układ aktywujący wodór do redukcji. Wodór tlen pochodzący z procesów oddechowych, redukuje zaktywowany poprzednio azot, dający w końcowym efekcie amoniak. W procesie redukcji bierze także udział ferredoksyna, która jest przenośnikiem elektronów, odgrywającym ponadto dużą rolę również w fazie świetlnej fotosyntezy. W wiązaniu azotu przez bakterie brodawkowe odgrywa pewną niecałkowicie wyjaśnioną rolę hemoglobina, czerwony barwnik zawarty w brodawkach.

Krążenie azotu w przyrodzie

Olbrzymia ilość tego pierwiastka znajduje się w atmosferze ziemskiej w postaci wolnej; taka forma azotu jest jednak nieodstępna dla zwierząt i większości roślin. Zdolność do wiązania azotu cząsteczkowego mają jedynie niektóre bakterie żyjące w glebie wolno albo w symbiozie z roślinami motylkowymi. Również zakłady przemysłowe wiążą w procesach technologicznych wielkie ilości azotu, który w postaci nawozów znajduje powszechne zastosowanie w rolnictwie. Azot roślin, głownie w postaci białek i aminokwasów, jest wykorzystywany przez zwierzęta roślinożerne. Azot wszystkich żywych organizmów, zarówno zwierzęcych jak i roślinnych zostaje po ich śmierci przekształcony przez reducentów (bakterie gnilne) na amoniak. Jest on albo pobierany przez rośliny, albo ulega utlenieniu przy udziale bakterii nitryfikacyjnych na azotany i w tej dopiero postaci jest on pobierany prze rośliny. Część azotanów rozkładają do wolnego azotu bakterie denitryfikacyjne i w ten sposób zamyka się cykl krążenia azotu.

Znalezione obrazy dla zapytania krążenie azotu w przyrodzie

11

 

 

 

Rola związków azotu

 

  • azot jako składnik białka i kwasów nukleinowych- wchodzi w skład enzymów białkowych, wchodzi w skład aminokwasów,  składnik zasad azotowych, tworzy wiązanie peptydowe,
  • buduje nukleotydy - ADP, ATP, NAD,NADP, FMN, FAD, CoA
  • buduje poryfiny- chlorofil, cytochromy
  • buduje fosfolipidy – w skład  których wchodzą związki amoniowe
  • buduje alkaloidy, substancje cyjanogenne, olejki goryczkowe
  • związki azotowe to podstawowy składnik pokarmowy ludzi i zwierząt

 

Objawy niedoboru azotu

  • są wspólne dla azotu i fosforu
  • silnie zahamowany wzrost części nadziemnych i podziemnych
  • pędy krótkie i cienkie
  • pokrój rośliny strzelisty
  • liście małe, przedwcześnie odrzucane
  • niewiele pędów bocznych
  • ograniczone kwitnienie
  • niski plon ziarna i owoców
  • objawy specyficzne dla azotu:  liście bladozielone, żółknące we wczesnych stadiach,

Znalezione obrazy dla zapytania AZOT ROŚLINY

Znalezione obrazy dla zapytania AZOT ROŚLINY

 

  • nadmierne nawożenie azotem: prowadzi do otrzymania roślin dużych, ciemnozielonych (duża ilość chloroplastów i chlorofilu) o szerokich gąbczastych liściach, z silnie rozwiniętym miękiszem; dojrzewanie jest opóźnione. rośliny takie są mało odporne na choroby i szkodniki, a z powodu wybujałego wzrostu łatwo ulegają wylęganiu.

Znalezione obrazy dla zapytania AZOT ROŚLINY

Znalezione obrazy dla zapytania AZOT ROŚLINY WPŁYW

 

 

 

Źródło: W. Czerwiński, Fizjologia roślin,  PWN

 

PS : Jeśli podoba Wam się to co tu się dzieje od jakiegoś czasu  8-O to zapraszam na FANPAGE BIOCHEMNALEK   ;-)

 

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *