Vai trò của nitơ đối với thực vật là thành phần của prôtêin và axít nuclêic, đây là vai trò cấu trúc của nitơ đối với thực vật, ngoài vai trò đảm bảo cho cây sinh trưởng và phát triển tốt và tham gia điều tiết các quá trình trao đổi chất và trạng thái ngậm nước của tế bào thực vật.
Vai trò của Nitơ đối với thực vật
Nitơ là một nguyên tố hóa học. Trong điều kiện bình thường nitơ là một chất khí không màu, không mùi, không vị và khá trơ, không tham gia các phản ứng hóa học ở nhiệt độ phòng.
Nitơ là một nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu của thực vật và chúng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau. Đối với cây trồng nitơ được rễ cây hấp thụ từ môi trường ở dạng NH4+ và NO3-, đặc biệt một số loại thực vật cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm mà có thể chuyển hóa N2 trong không khí để sử dụng.
Nitơ có vai trò quan trọng đối với thực vật biểu hiện ở nhiều mặt, nhiều yếu tố khác nhau.
+ Nitơ đảm bảo cho cây sinh trưởng và phát triển tốt.
+ Nitơ giữ vai trò cấu trúc tham gia cấu tạo nên các phân tử protein, enzim, coenzim, axit nucleic, diệp lục, ATP … Nitơ 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 bởi thiếu nitơ sẽ làm giảm quá trình tổng hợp prôtêin, từ đó sự sinh trưởng của các cơ quan bị giảm, xuất hiện màu vàng nhạt trên lá.
+ Nitơ cũng giữ vai trò tham gia điều tiết các quá trình trao đổi chất và trạng thái ngậm nước của tế bào thực vật.
Quá trình đồng hoá nitơ ở thực vât
1. Vai trò của nitơ đối với thực vật
Rễ cây hấp thụ Nitơ ở hai dạng: Nitơ nitrat (NO3-) và Nitơ amôn (NH4+) trong đất.
N là “nguyên tố dùng lại”
- Nitơ có vai trò:
+ Là thành phần của hầu hết các chất trong cây: protein, axit nucleic, các sắc tố quang hợp, các hợp chất dự trữ năng lượng: ADP, ATP, các chất điều hoà sinh trưởng à N vừa có vai trò cấu trúc, vừa tham gia quá trình TĐC và năng lượng.
+ Điều tiết trao đổi chất: N có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng và do đó nó quyết định năng suất và chất lượng thu hoạch.
+ Thực vật có nhu cầu N rất lớn, khi thiếu N cây ngừng ST, lá chuyển sang màu vàng nhạt, cây lúc này tích lũy nhiều cacbohyđrat vì không được sử dụng để tổng hợp các hợp chất chứa N. Khi thừa N cây ST quá mạnh, thân và lá tăng trưởng nhanh, nhiều nhưng mô cơ giới (mô nâng đỡ) kém phát triển, cây dễ bị lốp đổ, sâu bệnh, năng suất giảm.
2. Nguồn nitơ cho cây
NH4+ và NO3- được tạo ra từ:
- Nitơ tự do (N2) trong tự nhiên
- Dưới tác dụng của tia lửa điện( sấm sét)
- Do hoạt động của các VSV tự do: (Azôtobacterium, Closterium, Anabaena, Nostoc,...)
- Do hoạt động của các vi khuẩn, tảo cộng sinh: Rhizobium trong nốt sần rễ cây Bộ Đậu, Anabaena azolleae trong bèo hoa dâu.
- Từ xác động thực vật, VSV thối rữa phân huỷ thành
- Phân bón do con người cung cấp
Nitơ trong dất có thể bị mất di do quá trình phản nitrat hoá trong điều kiện yếm khí.
3. Quá trình cố định nitơ khí quyển
Nitơ phân tử (N2) có một lượng lớn trong khí quyển (78%) và mặc dù "tắm mình trong biển khí nitơ" phần lớn thực vật vẫn hoàn toàn bất lực trong việc sử dụng khi nitơ này. May mắn thay nhờ khả năng đặc biệt mà một số vi khuẩn sống tự do và cộng sinh đã thực hiện được việc khử N2 thành dạng nitơ cây có thể sử dụng được: NH4+. Đó chính là quá trình cố định nitơ khí quyển, thực hiện bởi các nhóm vi khuẩn tự do và các vi khuẩn cộng sinh theo cơ chế sau:
Những điều kiện:
- Có lực khử mạnh ( trong lên men là FredH2,trong hô hấp là FADH2, NADH2)
- Có năng lượng ATP
- Enzim Nitrogenaza ( phải có Mo hoạt hoá)
- Điều kiện yếm khí
Các vi khuẩn tự do có thể cố định hàng chục kilogam NH4+, còn các vi khuẩn cộng sinh có thể cố định hàng trăm kilogam NH4+/ha/năm.
4. Quá trình biến đổi Nitơ trong cây
a. Quá trình khử NO3-
Cây hút được từ đất cả hai dạng nitơ oxy hóa (NO3-) và nitơ khử ( NH4+), nhưng cây chỉ cần dạng NH4+ để hình thành các axit amin nên việc trước tiên mà cây phải làm là việc biến đổi dạng NO3- thành dạng NH4+ nhờ hệ thống các enzim Reductaza. Mo và Fe hoạt hóa các enzim tham gia vào quá trình khử trên.
Quá trình amôn hoá xảy ra theo các bước sau đây:
Nitratreductase Nitritreductase
NO3- --------------> NO2- -------------> NH4+
b. Quá trình đồng hoá NH3
- Hình thành axit amin: Quá trình hô hấp của cây tạo ra các xêtoaxit (R-COOH), và nhờ quá trình trao đổi nitơ các xêto axit này có thêm gốc NH2 để thành các axit amin. Có 4 phản ứng để hình thành các axit amin. Sau đây là các phản ứng khử amin hoá để hình thành các axit amin:
+ Xetoglutaric + NH3 + 2H+→ glutamin + H2O
+ Axit pyruvic + NH3+ 2H+ → alanin + H2O
+ Axit fumaric + NH3 → aspartic
+ Axit oxaloaxetic + NH3 + 2H+→ aspartic + H2O
Và sau đó có các phản ứng chuyển amin hóa để hình thành 20 axit amin và từ các axit amin này thực vật có thể tạo vô vàn các protein và các hợp chất thứ cấp khác của thực vật.
- Hình thành amit: các axit amin mới được hình thành sẽ kết hợp với NH3 tạo thành các amit, có tác dụng giải độc và dự trữ N cho cây khi mô thực vật thừa NH3.
