1. Chu trình Nitơ là gì?
- Chu trình nitơ là một quá trình sinh học, thông qua đó nitơ trong khí quyển được chuyển đổi thành ion amôn và nitrat trong đất, đến hệ sinh vật và vào hệ sinh thái.
- Nitơ tồn tại ở hai dạng hữu cơ và vô cơ. Các dạng hữu cơ liên quan đến chất thải, phân động vật, tàn dư… tất cả chúng đều cần trải qua quá trình phân hủy. Các dạng vô cơ liên quan đến vi khuẩn cộng sinh chuyển nitơ thành dạng có thể sử dụng được để cây trồng có thể hấp thu.
- Chu trình nitơ bao gồm các quá trình như sau: cố định nitơ, khử nitrat, chuyển hoá nitơ trong tự nhiên, phân giải chất hữu cơ, nitrat hoá, phản nitrat hoá.
2. Chu trình Nitơ ở thực vật diễn ra như thế nào?
Các con đường đồng hóa nitơ ở thực vật
- Rễ cây hấp thu nitơ ở dạng NH4+ (dạng khử) và NO3- (dạng ôxi hóa) từ đất, nhưng nitơ trong các hợp chất hữu cơ cấu thành cơ thể thực vật chỉ tồn tại ở dạng khử. Do vậy cần có quá trình đồng hóa nitơ, để cây có thể sử dụng được nitơ lấy được từ đất.
Sự đồng hóa nitơ trong mô thực vật gồm 2 quá trình : khử nitrat và đồng hóa amôni.
* Quá trình khử nitrat
- Đó là quá trình chuyển hóa NO3- thành NH4+ theo sơ đồ sau :
NO3- (nitrat) → NO2- (nitrit) → NH4+ (amôni)
- Mo và Fe hoạt hóa các enzim tham gia vào quá trình khử trên.
- Quá trình khử nitrat thành amôni được thực hiện trong mô rễ và mô lá
* Quá trình đồng hóa NH4+ trong mô thực vật
Trong mô thực vật tồn tại 3 con đường liên kết NH4+ với các hợp chất hữu cơ :
- Amin hóa trực tiếp các axit xêtô (Axit xêtô + NH4+ → Axit amin
Ví dụ : Axit α – xêtôglutaric + NH4+ → Axit glutamic
- Chuyển vị amin (Axit amin + Axit xêtô → Axit amin mới + Axit xêtô mới
Ví dụ: Axit glutamic + Axit pyruvic → Alanin + Axit α – xêtôglutaric
- Hình thành amit : Đó là con đường liên kết NH4+ vào axit amin đicacbôxilic (Axit amin đicacbôxilic + NH4+ → Glutamin
Sự hình thành amit có ý nghĩa sinh học quan trọng :
- Đó là cách giải độc NH4+ tốt nhất (chất này tích lũy lại gây độc cho tế bào)
- Amit là nguồn dự trữ NH4+ cho các quá trình tổng hợp axit amin trong cơ thể thực vật khi cần thiết.
Quá trình chuyển hóa và cố định nitơ trong đất
* Quá trình chuyển hóa nitơ trong đất:
- Dưới tác động của vi khuẩn amôn hóa, nitơ hữu cơ trong xác sinh vật sẽ được chuyển hóa thành amôni. Amôni có thể hấp thụ trực tiếp vào rễ cây hoặc dưới tác động của vi khuẩn nitrat hóa trong đất, chúng được chuyển hóa thành nitrat và nitrat sẽ được hấp thụ vào rễ cây.
- Ngoài ra, trong đất còn xảy ra quá trình chuyển hóa nitrat thành nitơ phân tử dưới tác động của vi khuẩn phản nitrat hóa (một loại vi sinh vật kị khí) và thường diễn ra mạnh mẽ trong môi trường kị khí. Do đó để tránh mất mát nitơ, chúng ta cần đảm bảo độ thoáng khí cho đất.
* Quá trình cố định nitơ:
- Quá trình liên kết N2 với H2 để hình thành nên NO3 được gọi là quá trình cố định nitơ.
- Con đường sinh học cố định nitơ là con đường cố định nitơ được thực hiện bởi các vi sinh vật. Hiện vi sinh vật cố định nitơ được phân làm hai nhóm: nhóm sống tự do (vi khuẩn lam,..) và nhóm sống cộng sinh với thực vật (điển hình là chi Rhizobium tạo nốt sần ở rễ cây họ Đậu)
- Vi khuẩn cố định nitơ có được khả năng này là nhờ enzim nitrôgenaza. Một enzim đặc biệt có khả năng bẻ gãy 3 liên kết cộng hóa trị bền vững của nitơ phân tử để nitơ có thể liên kết với hiđrô tạo amoniac và trong môi trường nước, amoniac chuyển thành amôni.
3. Vai trò của chu trình Nitơ
* Đối với thực vật
- Chu trình Nitơ giúp chuyển đổi nitơ trong khí quyển thành ion amôn và nitrat trong đất giúp cây có thể hấp thụ được. Nitơ là một nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu của thực vật. Nitơ được rễ cây hấp thụ ở dạng NH4+ và NO3- . Nitơ có vai trò quan trọng với thực vật. Nitơ giúp cây sinh trưởng và phát triển
- Vai trò cấu trúc:
+ Nitơ tham gia cấu tạo nên các phân tử prôtêin, enzim, côenzim, axit nucleic, diệp lục, ATP,…
+ Thiếu nitơ làm giảm quá trình tổng hợp prôtêin, từ đó sự sinh trưởng của các cơ quan bị giảm, lá xuất hiện màu vàng nhạt.
- Vai trò điều tiết
+ Nitơ là thành phần cấu tạo của prôtêin – enzim, côenzim và ATP.
- Vì vậy, chu trình Nitơ tạo ra ion amôn và nitrat trong đất giúp cây có thể hấp thụ, nitơ tham gia điều tiết các quá trình trao đổi chất trong cơ thể thực vật thông qua hoạt động xúc tác, cung cấp năng lượng và điều tiết trạng thái ngậm nước của các phân tử prôtêin trong tế bào chất.
* Đối với vi sinh vật trong mô trường nước
- Nitơ là một nguyên tố chiếm khoảng 80% thể tích bầu khí quyển và là thành phần quan trọng cấu thành nguyên sinh chất tế bào, cấu trúc của protein. Do đó, chu trình nitơ trong nước không những có ý nghĩa to lớn giảm thiểu khí độc NH3 trong ao mà nó còn giải phóng một lượng N2 có lợi cho môi trường sống thực vật trên cạn.