Biologiczne fiksacja azotu, jak to działa

Spis treści

• Azot jako składnik odżywczy
  • Formy azotu
• Cykl azotu
  • Azot wchodzący do gleby
  • Azot opuszczający glebę
  • Unieruchomienie azotu
• Jak bakterie naprawiają azot
• Symbiotyczna fiksacja azotu
  • Formacja guzka
• Heterotroficzne fiksacja azotu
• Associative Azot Fivation
• Jak używać uprawek do mocowania azotu w rotacji
• Często Zadawane Pytania

Azot jest niezbędnym składnikiem odżywczym, który wspiera wzrost roślin, a utrwalanie azotu to jednokierunkowe rośliny uzyskują go do wzrostu. Bakterie ustalania azotu w glebie przyjmują gaz azotowy (N) i zamień go w użyteczną postać dla roślin. Formy te występują w kilku typach, ale najczęstsze jest utrwalenie symbiotycznego azotu. To jest rośliny strączkowe z bakteriami.

Rośliny strączkowe są ważną częścią rotacji upraw i budowania gleby. Ze względu na ich związek z bakteriami łączącymi azot dodają azot do przyszłych upraw w rotacji. Jeśli jesteś ciekawy rotacji upraw, rozważ przeczytanie naszego artykułu na ten temat!

Ten artykuł powinien dać ci wyobrażenie o azotu jako składniku odżywczym roślinnym, informacji o dynamice azotu i zrozumieniu rodzajów azotu obecnych w glebie. Zrozumienie biologicznego fiksacji azotu pomaga zrozumieć interakcje z mikroustą roślin. Zrozumienie, jak działa stały azot pomaga również ogrodnikom zrozumieć, jak korzystać z niektórych roślin w rotacji.

Azot jako składnik odżywczy

Azot jest kluczowym składnikiem wzrostu roślin. Zasadniczo rośliny potrzebują azotu w największej ilości w porównaniu z innymi składnikami odżywczymi. W roślinach azot jest stosowany do chlorofilu. Chlorofil jest tym, co sprawia, że ​​rośliny zielone. Znajduje się w chloroplastach fotosyntetycznych. Azot ma kluczowe znaczenie w aminokwasach, które służą jako elementy budulcowe białek.

Dlaczego aminokwasy są tak ważne dla fizjologii roślin? Cóż, wytwarzają chlorofil, który łączy się bezpośrednio z fotosyntezą. Kiedy mikroorganizm ustalający azot ma zdrowy związek z rośliną, membrana pochodząca z roślin zwana błoną tylakoidową nadaje chloroplastom łatwiejsze wchłanianie światła. Lepsze wchłanianie światła prowadzi do lepszego pobierania odżywiania wody i roślin.

Formy azotu

Istnieje kilka form azotu w świecie roślin. Dwie formy wykorzystywane przez rośliny to azotan i amon. Azotan jest ujemnie naładowanym związkiem azotowym złożonym z jednego atomu azotu i trzech atomów tlenu. Pozytywnie naładowany związek z jednym atomem azotu i czterema atomami wodoru z amonu. Jeśli rośliny mają wybór między azotanem a amonem, wolą azotan. Są to jednak akceptowalne postacie dla roślin w gospodarce azotowej.

Istnieje kilka innych ważnych form azotu związanych z roślinami i cyklem azotu. Dinitrogen Gas stanowi 78% powietrza wokół nas. Jest wykonany z dwóch atomów azotu potrójnie związanych. Te więzi są niezwykle trudne do złamania. Innym ważnym gazowym związkiem azotowym jest amoniak. Jeden azot i trzy atomy wodoru tworzą amoniak. Ten toksyczny gaz jest częścią cyklu N i może gromadzić się w niektórych warunkach rolniczych. Ostatecznym ważnym związkiem azotowym do rozważenia jest rozpuszczony azot organiczny. Te związki zawierające węgiel to kwasy organiczne występujące w glebie.

Cykl azotu

Przed wejściem do fiksacji azotu jako całości ważne jest zrozumienie podstaw cyklu N. W tym cyklu jest kilka części i będziemy omawiać podstawy, aby zrozumieć, w jaki sposób azot zmienia się w tym procesie. Składniki cyklu obejmują glebę, atmosferę i żywe tkanki. Najłatwiejszym sposobem omówienia tego tematu jest badanie, w jaki sposób azot wchodzi i wychodzi z gleby.

Azot wchodzący do gleby

Azot wchodzi do gleby poprzez rozkład materii organicznej. Może się to zdarzyć, gdy ogrodnicy dodają kompost, rozkładające się organizmy, rozkładającą materiał roślinny, obornik i inne do swoich ogrodów. Innym sposobem jest utrwalenie azotu w samej glebie. Proces ten pociąga za sobą specyficzne bakterie związane z azotem przyjmującym gaz dinitrogenu i przekształcenie go w formy, które rośliny mogą wykorzystać. Istnieją trzy różne rodzaje fiksacji azotu: symbioza ustawiająca azot, fiksacja heterotroficzna i fiksacja asocjacyjna). Wszystkie mają zdolność do łamania potrójnego wiązania w gazie dinitorowym, a tym samym odkładaj azot w glebie.

Azot opuszczający glebę

Denitryfikacja, ulatnianie się amoniaku oraz wymywanie lub spływ to główne sposoby, w jakie azot opuszcza glebę. Denitryfikacja to proces, w którym azotan w glebie jest przekształcany w gaz przez bakterie beztlenowe. Niskie stężenia tlenu powodują warunki beztlenowe. Do denitryfikacji potrzebne są również rozkładowa materia organiczna, azotan i ciepłe temperatury. W tym procesie gaz dintrogen i tlenk dinitrogenowy są uwalniane do powietrza jako atmosferyczny azot.

Dinitrogen tlenek (wykonany z dwóch atomów azotu i jednego tlenu) to gaz cieplarniany uwalniany w znacznie niższym stężeniu niż gaz dinitorowy, który nie jest gazem cieplarnianym. Czynniki wpływające na ilość uwolnionego tlenku dinitorowego obejmują pH gleby i temperatury.

Kolejna forma utraconego azotu występuje poprzez jego ulotki w gaz amoniak. Dzieje się tak, gdy gleby są suche, ciepłe i mają niską pojemność wymiany kationów - zdolność gleby do przechowywania jonów pozytywnie naładowanych. Rezultatem tych warunków jest zastosowanie amonu na powierzchnię gleby.

Jeden przykład procesu ulatniania się można znaleźć w moczniku. Mocznik jest wspólną organiczną postacią nawozu N na całym świecie i jest produktem ubocznym moczu od ludzi lub innych zwierząt. Często może to prowadzić do ulatniania się gazu amoniaku, gdy warunki są odpowiednie. Gdy amoniak odparowuje i unosi się w atmosferę, pozostawia glebę pozbawione związków azotowych na bazie amoniaku. Pomyśl o tym, jakby to był balon na gorąco, uśpiewający nasz azot bezpośrednio z gleby, w którym należy!

Ługowanie i spływ to dwa inne sposoby, w jakie azot opuszcza glebę, zwłaszcza jeśli chodzi o systemy uprawy, które otrzymują regularne nawozy chemiczne. Często azot nie jest sekwestrowany w glebie, zwłaszcza jako azotan. Porusza się łatwo przez profil gleby i ostatecznie kończy się wód gruntowych, który płynie pod ziemią. Azot kończy następnie w rzekach, strumieniach i innych zbiornikach wodnych.

To zanieczyszczenie składników odżywczych powoduje eutrofizację lub gromadzenie się stężenia składników odżywczych na mokradłach i drogach wodnych. Podobnie jak nawozy azotowe promują wzrost upraw, ich spływ powoduje nadmierny wzrost roślin na tych obszarach, co prowadzi do granic ilości tlenu dostępnego dla innych organizmów.

Martwe strefy to kolejny wynik spływu, gdy rozwijają się kwiaty glonów, usuwając tlen z dzikiej przyrody w oceanach.

Unieruchomienie azotu

Kolejną ważną rzeczą do rozważenia z azotem jest unieruchomienie lub azot, który jest niedostępny dla roślin, przede wszystkim dlatego, że azot występuje w tkankach bakterii swobodnych w glebie. Immobilizacja może wystąpić więcej, gdy kompost i poprawki dodają zbyt dużo łatwo dostępnego węgla. Węgiel służy jako energia mikroorganizmów w glebie. Organizmy te wykorzystują azot w glebie do tkanek i białek. Rozważ to przy dodawaniu słomek i drewnianych ściółek do ogrodu. Ponieważ są to głównie węgiel z niewielkim azotem, mogą prowadzić do unieruchomienia.

Ogrodnicy muszą dodać więcej nawozów N i n mocowanie do ogrodu, aby przeciwdziałać cyklu unieruchomienia. Kompost może również prowadzić do unieruchomienia, gdy nie ma prawidłowego połączonego stosunku azotu do węgla. Nadmiar azotu w postaci azotanu jest oznaczony zapachami emitowanymi ze stosu kompostu. Aby przywrócić równowagę w stosunku i promować lepszą asymilację amoniaku, dodaj węgiel.

Jak bakterie naprawiają azot

N Gaz jest „ustalony” w glebie przez bakterie kłącza, ale jak? Potrójne wiązania w Dinitrogen są niezwykle silne, co utrudnia złamanie. Te organizmy ustalania azotu wykorzystują enzym, azoterę, aby złamać to wiązanie. Enzym azotowy występuje w bakteriach kłączowych i cyjanobakterii ustalania azotu. Kompleks azotowy zamienia dinitogen w amoniak, a następnie reakcje zamieniają go w użyteczne formy dla rośliny uprawnej.

Ludzie wymyślili, jak złamać tę potrójną więź na początku XX wieku przez proces Haber Bosch. Ta uprzemysłowiona metoda przyjmowania atmosferycznego gazu azotowego i przekształcania go w użyteczne postacie dla roślin złagodził szczep na pozyskiwanie nawozów azotowych. Dlatego nawozy wykonane z tego procesu pochodzą ze związków nieorganicznych i nie mogą być stosowane w certyfikowanych gospodarstwach ekologicznych.

Symbiotyczna fiksacja azotu

Najczęstszą postacią utrwalenia jest symbiotyczne fiksacja azotu. To są strączki i rośliny aktynorhizacyjne z bakteriami łączącymi azot w glebie. Uprawy wspierające bakterie N-Fixing obejmują fasolę, groszek, orzeszki ziemne, koniczynę, wywar, lucerna i lupiny. Niektóre inne gatunki są strączkowe, ale obejmują niektóre drzewa i krzewy.

Większość roślin lądowych nie ma tej symbiozy z bakteriami. Te rośliny żywicielskie tworzą guzki korzeniowe zawierające mikroorganizmy łączące azot, w tym rizobakterie promujące wzrost roślin. Relacje symbiotyczne przynoszą obie strony: gatunki Rhizobium otrzymują cukry, podczas gdy roślina otrzymuje użyteczne związki azotowe. Po nakładaniu nawozu N guzki te nie tworzą się, ponieważ rośliny nie potrzebują pomocy bakterii ustawiających azot do dostarczania azotu do mitochondriów roślinnych.

Każdy gatunek roślin strączkowych różni się poziomem guzka i wydajności. Wspólne fasoli, takie jak zielona fasola. Wieloletnie są jeszcze lepsze w afiksowaniu azotu. Uprawy te obejmują koniki i lucernie. Istnieje wiele opcji dla takich roślin, które affix azot.

Formacja guzka

Różne uprawy mają guzki o różnych kształtach. Proces tworzenia guzka jest w rzeczywistości infekcją bakterii z ustawianiem N. Coroczne uprawy mają guzki wielkości grochu, podczas gdy byliny mają bardziej wydłużone guzki. Ale jak powstają te guzki? Po pierwsze, bakterie związane z roślinami atakują gospodarza roślinnego. Bakterie mieszkające w glebie dostają się do komórek roślinnych, mieszkających w korze korzeniowej. Bakterie pozostają w wewnątrzkomórkowym obszarze tkanek roślinnych, ostatecznie tworząc guzki, które widzisz.

Polecam ogrodnikom wchodząc do ogrodu i podciągnij dojrzałą roślinę zwalczającą azot. Zobaczysz te guzki. Pokrój jeden otwarty, aby zobaczyć wnętrze. Aktywne guzki wydają się czerwone wewnątrz z powodu związku podobnego do hemoglobiny we krwi ludzkiej.

Heterotroficzne fiksacja azotu

Heterotroficzne bakterie łagodzące azot nie są podobne do symbiotycznych. Nie mają związku z roślinami, aby uzyskać węgiel i inne potrzebne związki. Zamiast tego biernie wspierają fiksacje azotu poprzez spożywanie rozkładającej się materii w glebie.

To badanie przeprowadzone przez Eckford i zespół naukowców zidentyfikowało kilka heterotroficznych bakterii w glebach antarktycznych zawierających paliwa węglowodorowe. Badanie podkreśla również, że utrwalanie azotu występuje w glebie na całym świecie.

Bakterie te zyskują energię poprzez spożywanie innych związków w glebie, czyniąc je heterotroficznymi. Ludzie są heterotroficzni, ponieważ musimy produkować i spożywać żywność, aby przetrwać. Rośliny, glony i inne organizmy fotosyntetyczne lub chemosyntetyczne to autotrofy, ponieważ mogą wytwarzać pokarm niezbędny do przetrwania w sobie.

Associative Azot Fivation

Połączenie asocjacyjne jest podobne do innych typów w tym sensie, że gaz Dinitrogen jest ustalony w glebie, ale w swobodnym związku z roślinami. Podczas gdy symbioza obejmuje bakterie żyjące w tkankach roślinnych, powiązanie odnosi się do bakterii w mikrobiomie roślinnym. Są to wolno żyjące bakterie glebowe, które nie polegają na roślinach, aby wykonywać swoją pracę.

W tym badaniu Role i inni zbadali potencjalne bakterie związane z trawą trawę. Odkryli, że wieloletnia trawa często nie reagowała na nawóz azotowy. Zbadali glebę otaczającą korzenie, aby zobaczyć aktywność bakterii. Odkryli, że uprawa korzysta z bakterii w glebie, mając związek z rośliną w celu dostarczania azotu podczas otrzymywania węgla z otaczającego środowiska.

Jak używać uprawek do mocowania azotu w rotacji

Najlepszym sposobem stosowania roślin ustawiających azot jest włączenie ich do rotacji. Uprawy spożywcze wykorzystują różne ilości azotu. Większość to ciężkie podajniki azotu, takie jak kukurydza słodka, dynie, kabaczek i papryka. Większość roślin w ogrodzie i na farmie korzysta z obracających się utrwalaczy azotu. Połączenie azotu ma miejsce, gdy ogrodnicy sadzą gatunki roślin stania się azot. Takie postępowanie wraz z rocznymi uprawami może być również korzystne dla gleby roślinnej.

Współplantujące rośliny strączkowe z innymi uprawami mogą przynieść korzyści obu roślinom. Należy zauważyć, że rośliny ustawiające azot zapewnią tylko tyle azotu innym roślinom, gdy żyją. Nadal korzystne jest sadzenie ich razem, ale guzki roślin strączkowych mogą nie być w stanie dostarczać całego azotu do innego upraw, takich jak papryka lub pomidory.

Podczas korzystania z utrwalaczy azotu przed ciężkimi podajnikami pamiętaj, że korzenie roślin (i tkanki naziemne) powinny pozostać w ogrodzie. Usunięcie roślin zasadniczo usunie stały azot wykonany przez bakterie. Dlatego siekanie i upuszczenie lub wycinanie utrwalacza azotu pod koniec jego życia będzie bardziej korzystne niż podciąganie go przez korzeń.

Zastanów się nad zbieraniem upraw, które mogą zapewnić więcej stałego azotu. Wspólna fasola zapewnia mniej odpowiednie utrwalenie azotu niż coś takiego jak soja lub orzeszki ziemne. Podczas gdy zboża z azotem, takie jak soja, nie są zwykle używane w ogrodzie, w tym Edamame, Fava lub orzeszki ziemne, mogą przynieść korzyści glebie. W tym również uprawy zbóż i rośliny bez genów utrwalania azotu w rotacji może pomóc w budowaniu materii organicznej i przyniesienia korzyści ogrodowi.

Często Zadawane Pytania

P: Co to są rośliny ustawiające azot?

Odp.: Rośliny ustalania azotu to te, które działają jako roślina gospodarza dla określonych rodzajów bakterii. Sama roślina żywicielska nie naprawia azotu. Bakterie są raczej w symbiotycznym związku z gatunkami roślin.

P: Jakie drzewa naprawiają azot?

Odp.: Istnieje wiele gatunków drzew znanych z afix azotu. Niektóre z nich to jesienna oliwka, czarna szarańcza, wschodni Redbud i Olner.

P: Jakie warzywa są fikserami azotowymi?

Odp.: Wspólny azot fasoli (choć nie tak skutecznie jak inni). Wspólne rośliny uprawne obejmują zieloną fasolę, czarną fasolę i fasolę pinto. A także groszek, taki jak cukier snap i śnieg. Ponownie, jeśli chcesz dodać odpowiednie ilości azotu do gleby, w tym lepsze uprawy, takie jak orzeszki ziemne lub edamame, mogą być dobrymi opcjami. Edamame jest podobny do soi ziarna i lepiej jest afiksowanie azotu niż fasola zwyczajna. Większość innych warzyw, takich jak pomidory, pieprz, kukurydza, bakłażan i squash, nie są azotem.

P: Jakie kwiaty naprawiają azot?

Odp.: Lupin jest najbardziej godnym uwagi kwiatem, który naprawia azot. Hiacynta fasoli to rośliny strączkowe, które wytwarzają piękne kwiaty. Są często używane jako rośliny ozdobne.

P: Które rośliny naprawiają najwięcej azotu?

Odp.: Wieloletnie rośliny strączkowe, takie jak lucerna i koniczyna, mogą potencjalnie naprawić najwięcej azotu. Jednak rośliny roślin strączkowych, takie jak orzeszki ziemne, fasola fava, soja i krowpeas, również dobrze wykonują azot. Wspólne fasoli, takie jak zielona fasola i suszona fasola.