Vai trò sinh lý của nguyên tố nitơ

Nitơ trong thực vật

Nitơ là một nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu cho sự phát triển của thực vật. Rễ cây hấp thụ nitơ từ môi trường dưới dạng NH4+và NO3-. Trong cây, NO3-được khử thành NH4+. Nitơ đóng vai trò quan trọng trong đời sống của thực vật.

Vai trò chung

Nitơ đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển tốt của cây.

Vai trò cấu trúc

Nitơ tham gia vào cấu tạo các phân tử protein, enzym, coenzym, axit nucleic, diệp lục, ATP và có trong các chất điều hòa sinh trưởng.

Vai trò điều tiết

Nitơ 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 quyết định đến toàn bộ các quá trình sinh lý của cây trồng.

Dấu hiệu khi cây thiếu nguyên tố nitơ là cây sinh trưởng kém và xuất hiện màu vàng nhạt trên lá.

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 như mô, tế bào thì chỉ tồn tại ở dạng khử. Sự đồng hóa nitơ trong mô thực vật gồm 2 quá trình chính: khử nitrat và đồng hóa amôn.

Quá trình khử nitrat

Quá trình khử nitrat là quá trình chuyển hoá NO3-thành NH4+, có sự tham gia của các enzim khử như reductaza. Quá trình này diễn ra ở mô rễ và mô lá theo sơ đồ: NO3-→ NO2-→ NH4+. Điều kiện cho quá trình khử nitrat là có các enzim đặc hi ệu xúc tác cho các phản ứng và có lực khử mạnh.

Quá trình đồng hoá amôn

Quá trình đồng hoá amôn diễn ra theo 3 con đường:

Amin hoá trực tiếp các axit xêtô
Chuyển vị amin
Hình thành amit

Quá trình đồng hoá amôn có ý nghĩa quan trọng trong giải độc NH3, cung cấp NH3cho tổng hợp các amin khi cần thiết.

Nguồn cung cấp nitơ tự nhiên cho cây

Nitơ tự nhiên cho cây có nguồn gốc từ không khí và đất.

Nitơ trong không khí

Trong không khí, nitơ chủ yếu tồn tại dưới dạng phân tử N2và cũng có một số tồn tại dưới dạng NO và NO2.

Nitơ trong đất

Trong đất, nitơ tồn tại dưới dạng nitơ khoáng (bao gồm NO3-và NH4+) trong các muối khoáng như muối nitrat, muối nitrit, muối amôn, và nitơ hữu cơ trong xác động vật, thực vật và vi sinh vật.

Cây không thể hấp thụ được nitơ phân tử từ không khí trực tiếp, mà cần sự trung gian của vi sinh vật để chuyển đổi nitơ phân tử thành NH3mà cây có thể hấp thụ được. Nitơ trong NO và NO2trong không khí là độc hại đối với cây trồng. Cây có thể hấp thụ trực tiếp nitơ khoáng từ đất dưới dạng NO3-và NH4+.

NO3-dễ bị rửa trôi xuống các lớp đất nằm sâu bên dưới, trong khi NH4+được các hạt keo đất tích điện âm giữ lại trên bề mặt của chúng, do đó ít bị rửa trôi hơn.

Quá trình chuyển hóa nitơ trong đất và cố định nitơ

Quá trình chuyển hóa nitơ trong đất

Quá trình chuyển hóa nitơ trong đất bao gồm qu á trình amôn hóa và nitrat hóa.

Quá trình amôn hóa

Quá trình amôn hóa là quá trình phân giải các axit amin trong mùn và xác sinh vật bằng vi sinh vật (vi khuẩn amôn hóa) trong đất, tạo thành NH4+. Quá trình này 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

Quá trình nitrat hóa xảy ra khi vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ thành NH3, và sau đó vi khuẩn nitrat hóa oxi hóa NH3thành HNO2và HNO3. Quá trình này diễn ra như sau:

2NH₃ + 3O₂ → 2 HNO₂ + H₂O
2 HNO₂ + O₂ → 2 HNO₃

Trong một số trường hợp, trong điều kiện môi trường đất kị khí, nitrat cũng có thể bị phản nitrat hóa thành nitơ phân tử (NO3-→ N2), gây mất mát nitơ dinh dưỡng trong đất.

Quá trình cố định nitơ phân tử

Quá trình cố định nitơ là quá trình liên kết N2với H2để tạo thành NH3. Quá trình này 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. Có hai con đường chính cho quá trình cố định nitơ: con đường vật lý-hóa học và con đường sinh học.

Con đường vật lý-hóa học

Quá trình cố định nitơ phân tử xảy ra trong điều kiện có sấm sét, tia lửa điện và các hiện tượng vật lý -hóa học khác.

Con đường sinh học

Con đường cố định nitơ phân tử thông qua vi sinh vật. Vi sinh vật cố định nitơ gồm vi sinh vật sống tự do như vi khuẩn lam, Azotobacter, Clotridium, Anabeana, Nostoc, và vi sinh vật sống cộng sinh với thực vật như các vi khuẩn thuộc chi Rhizobium trong nốt sần rễ cây họ Đậu, Anabeana azollae trong bèo hoa dâu. Các vi sinh vật này có enzim nitrogenaza có khả năng bẻ gẫy liên kết N-N trong phân tử N2để tạo thành NH3, và trong môi trường nước, NH3chuyển thành NH4+.

Quá trình cố định nitơ phân tử diễn ra khi có các lực khử mạnh với thế năng khử cao, được cung cấp năng lượng ATP, có sự tham gia của enzim Nitrogenaza, và thực hiện trong điều kiện kị khí.

Quá trình cố định nitơ phân tử có tầm quan trọng trong việc cải tạo đất nghèo dinh dưỡng, nơi các vi sinh vật có khả năng tổng hợp khoảng 100-400 kg nitơ/ha hàng năm.

Phân bón và năng suất cây trồng và môi trường

Bón phân hợp lí đóng vai trò quan trọng trong đạt được năng suất cao của cây trồng và tránh gây ô nhiễm môi trường.

Bón phân hợp lí và năng suất cây trồng

Để cây trồng đạt được năng suất cao, cần bón phân hợp lí theo các tiêu chí:

Đúng loại: Sử dụng phân đúng loại cho cây trồng cụ thể.
Đúng lượng: Bón đủ lượng phân cần thiết và tỉ lệ các thành phần dinh dưỡng phù hợp.
Đúng lúc: Bón phân phù hợp với thời kì sinh trưởng và phát triển của cây trồng, điều kiện thổ nhưỡng, đất đai và thời tiết mùa vụ.
Đúng cách: Áp dụng phương pháp bón phân đúng cách.

Phân bón và môi trường

Phân bón hợp lí giúp tăng năng suất cây trồng mà không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, khi lượng phân bón vượt quá mức tối ưu, cây trồng sẽ không thể hấp thụ hết và lượng phân bón dư thừa này có thể gây thay đổi tính chất hóa học và vật lý của đất, ô nhiễm nông sản và môi trường.

Bạn Đang Xem Bài Viết : Dinh dưỡng nitơ ở thực vật