Dinh dưỡng Nitơ ở thực vật
I. Vai trò sinh lí của nguyên tố nitơ
- Nitơ là một nguyên tố
dinh dưỡng khoáng thiết yếu của thực vật. Nitơ được rễ cây hấp thụ từ môi
trường ở dạng NH4+ và NO3-. Trong cây NO3- được khử
thành NH4+.
- Nitơ có vai trò quan trọng đối với đời
sống của thực vật:
·
Vai
trò chung: Đảm bảo cho cây sinh
trưởng và phát triển tốt
·
Vai
trò cấu trúc:
·
Tham gia cấu tạo
nên các phân tử protein, enzim, coenzim, axit nucleic, diệp lục, ATP …
·
Nito có trong các
chất điều hòa sinh trưởng.
·
Dấu hiệu khi cây
thiếu nguyên tố Nitơ là cây sinh trưởng kém, xuất hiện màu vàng nhạt trên lá.
·
Vai
trò điều tiết:
·
Tham gia điều tiết
các quá trình trao đổi chất và trạng thái ngậm nước của tế bào → ảnh hưởng đến
mức độ hoạt động của tế bào.
→ Nitơ có vai trò quyết định đến toàn
bộ các quá trình sinh lý của cây trồng
- Ví dụ: cây trồng thiếu đạm (N)
II. Quá trình đồng hóa Nitơ ở thực
vật
- Rễ cây hấp thụ nitơ ở dạng
NH4+ (dạng khử)
và NO3- (dạng oxi
hóa) từ đất nhưng nitơ trong các hợp chất hữu cơ cấu trúc nên mô, tế bào thì
chỉ tồn tại ở dạng khử.
→ Vì vậy, sự đồng hóa nitơ trong mô
thực vật gồm 2 quá trình: khử nitrat và đồng hóa amôn.
1. Quá
trình khử nitrat
- Là quá trình chuyển hoá
NO3- thành NH4+, có sự tham
gia của Mo và Fe (hoạt hóa các enzim tham gia vào quá trình khử).
- Được thực hiện ở mô rễ và mô lá theo sơ
đồ:
NO3- (nitrat) → NO2- (nitrit) → NH4+ (amoni)
- Các bước khử có sự tham gia của các enzim
khử -reductaza
NO3- +
NAD(P)H + H+ +2e- → NO2- +
NAD(P)+ + H2O
NO2- + 6 Feredoxin
khử + 8H+ + 6e- → NH4+ +
2H2O
- Điều kiện cho quá trình khử nitrat:
·
Có các enzim đặc
hiệu xúc tác cho các phản ứng
·
Có các lực khử mạnh
- Ý nghĩa: Hạn chế tích lũy nitrat trong mô
thực vật.
2. Quá
trình đồng hoá NH4+ trong mô thực vật:
- Quá trình đồng hóa NH4+ diễn ra theo 3
con đường:
Amin hoá trực tiếp các axit
xêtô:
·
Axit
xêto + NH4+ → Axit amin.
·
Ví dụ: Axit
α-xetoglutaric + NH4+ → Axit
glutamic
Chuyển vị amin:
·
Axit
amin + axit xêto → a. amin mới + a. xêto mới
·
Ví dụ: Axit
glutamic + Axit piruvic → Alanin + Axit α-xetoglutaric
Hình thành amit: là con đường liên kết phân tử NH3 với axit amin đicacboxilic.
·
Axit
amin đicacboxilic + NH4+ → amit
·
Ví dụ: Axit
glutamic + NH4+ → Glutamin
- Ý nghĩa của sự hình thành amit: Sự hình
thành amit có ý nghĩa sinh học quan trọng
·
Đó là cách giải độc
NH3 tốt nhất (NH3 tích luỹ lại
sẽ gây độc cho tế bào)
·
Amit là nguồn dự
trữ NH3 cho quá trình tổng hợp a. amin khi cần thiết.
III. Nguồn cung cấp Nitơ tự nhiên cho cây
|
Nitơ trong không khí |
Nitơ trong đất |
Dạng tồn tại |
- Chủ yếu dạng Nitơ phân tử (
N2) ngoài ra còn tồn tại dạng NO, NO2 |
- Nitơ khoáng (Nitơ vô cơ,
gồm NO3- và NH4+) trong
các muối khoáng như muối nitrat, muối nitrit, muối amôn - Nitơ hữu cơ trong xác động vật, thực vật, vi sinh vật |
Đặc điểm |
- Cây không hấp thụ được Nitơ
phân tử → phải nhờ các vi sinh vật cố định Nitơ chuyển hóa thành dạng NH3 cây mới hấp thụ được. - Nitơ trong NO, NO2 trong không khí độc hại đối với cây trồng. |
- Nitơ khoáng cây có thể hấp thụ trực tiếp - Cây không hấp thụ được Nitơ
hữu cơ trong xác sinh vật → nhờ VSV đất khoáng hóa thành NO3- và NH4+ mà cây
mới hấp thụ được - Cây chỉ hấp thụ Nitơ khoáng
từ trong đất dưới dạng NO3- và NH4+ - NO3- dễ bị rửa
trôi xuống các lớp đất nằm sâu bên dưới. NH4+ được các hạt keo đất tích điện âm giữ lại
trên bề mặt của chúng nên ít bị rửa trôi hơn. |
IV. Quá trình chuyển hóa Nitơ trong đất và
cố định Nitơ
1.
Quá trình chuyển hóa nitơ trong đất
- Con đường chuyển hóa nitơ hữu (trong xác sinh vật) trong đất thành dạng nitơ khoáng (NO3- và NH4+) gồm 2 giai đoạn:
*Quá trình amôn hóa: Các axit amin nằm trong các hợp chất mùn, trong xác bã động vật, thực vật sẽ bị vi sinh vật (Vi khuẩn amôn hóa) trong đất phân giải tạo thành NH4+ theo sơ đồ:
- Quá trình amôn hóa diễn ra như sau:
·
Chất hữu cơ trong
đất → RNH2 + CO2 + phụ phẩm
·
RNH2 + H2O → NH3 + ROH
·
NH3 + H2O → NH4+ + OH-
*Quá trình nitrat hóa: khí NH3 được tạo thành do vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ sẽ bị vi khuẩn hiếu khí (vi khuẩn nitrat hóa) như Nitrosomonas oxy hóa thành HNO2 và Nitrosobacter tiếp tục oxi hóa HNO2 thành HNO3 theo sơ đồ:
- Quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:
·
2NH3 + 3O2 → 2 HNO2 + H2O
· 2 HNO2 + O2 → 2 HNO3
* Lưu ý: Trong điều kiện môi trường đất kị khí, xảy ra quá trình chuyển hóa nitrat thành nitơ phân tử (NO3- → N2) gọi là quá trình phản nitrat hóa:
=> Hậu quả: gây mất mát nitơ dinh dưỡng
trong đất
2.
Quá trình cố định nitơ phân tử
- Khái niệm: Quá trình cố định
nitơ là quá trình liên kết N2 với H2 thành NH3.
=> Ý nghĩa: có vai trò quan trọng trong
việc bù đắp lượng nitơ mất đi do cây trồng sử dụng trong quá trình sinh trưởng
và phát triển.
- Cố định nitơ phân tử diễn ra theo 2 con
đường: Con đường vật lý – hóa học và con đường sinh học.
* Con đường vật lý hóa học: xảy ra trong điều kiện có sấm sét, tia lửa điện,...
* Con đường sinh học:
- Là con đương cố định nitơ phân tử nhờ các
vi sinh vật thực hiện.
- Vi sinh vật cố định nitơ gồm 2 nhóm:
·
Nhóm vi sinh vật
sống tự do: vi khuẩn lam, Azotobacter, Clotridium, Anabeana, Nostoc,...
·
Nhóm vi sinh vật
sống cộng sinh với thực vật: Các vi khuẩn thuộc chi Rhizobium trong nốt sần rễ
cây họ Đậu, Anabeana azollae trong bèo hoa dâu,...
- Các VSV cố định nitơ có
enzim nitrogenaza có khả năng bẻ gẫy 3 liên kết trong phân tử N2 để N liên kết với H tạo ra NH3. Trong môi trường nước, NH3 chuyển thành NH4+.
- Quá trình cố định nitơ phân tử có thể tóm tắt:
- Cơ sở khoa học: Vi khuẩn cố
định nitơ có khả năng tuyệt vời như vậy là do trong cơ thể chúng có chứa 1 loại
enzim đọc nhất vô nhị là Nitrogenaza. Enzim nay có khả năng bẻ gẫy ba liên kết
cộng hóa trị giữa 2 nguyên tử nitơ để liên kết với H2 tạo thành NH3, trong môi
trường nước NH3 chuyển thành NH4+
- Điều kiện để quá trình cố định nitơ diễn
ra:
·
Có các lực khử mạnh
với thế năng khử cao (NAD, FADP).
·
Được cung cấp
năng lượng ATP
·
Có sự tham gia của
enzim Nitrogenaza
·
Thực hiện trong
điều kiện kị khí
- Ý nghĩa: có tầm quan trọng trong cải tạo
đất nghèo dinh dưỡng, hàng năm các loại vi sinh vật cố định nitơ có khả năng
tổng hợp khoảng 100-400 kg nitơ/ha.
V. Phân bón với năng suất cây trồng và môi
trường
1. Bón
phân hợp lí và năng suất cây trồng
- Để cây trồng có năng suất cao cần phải
bón phân hợp lí bằng cách:
·
Đúng loại: Bón
đúng loại phân;
·
Đúng lượng: Bón đủ
liều lượng cần bón, và tỉ lệ các thành phần dinh dưỡng;
·
Đúng lúc: Bón
đúng nhu cầu của giống, loài cây trồng, phù hợp với thời kì sinh trưởng và phát
triển của cây, phù hợp với điều kiện thổ nhưỡng, đất đai, điều kiện thời tiết,
mùa vụ;
·
Đúng cách: Bón
đúng cách.
2. Các
phương pháp bón phân
- Bón phân qua rễ (bón vào đất):
·
Rễ cây có khả
năng hấp thụ các ion khoáng từ đất.
·
Bón phân vào đất
có 2 cách: Bón lót (bón trước khi trồng cây) và Bón thúc (bón sau khi trồng
cây).
- Bón phân qua lá (phun lên lá):
·
Lá cũng có thể hấp
thụ các ion khoáng qua khí khổng.
·
Dung dịch phân
bón qua lá phải có nồng độ ion khoáng thấp, chỉ bón qua lá khi trời không mưa
và năng không gay gắt.
3. Phân
bón và môi trường
- Bón phân hợp lí sẽ tăng năng suất
cây trồng và không gây ô nhiễm môi trường.
- Khi lượng phân bón bón cho cây vượt quá
mức tối ưu, cây sẽ không hấp thụ hết. Lượng phân bón dư thừa sẽ gây ra các ảnh
hưởng xấu như thay đổi tính chất lí hóa của đất, ô nhiễm nông sản, ô nhiễm môi
trường.
Nhận xét
Đăng nhận xét