Vai trò của Ni tơ đối với thực vật - Quá trình khử nitrate

3.1. Vai trò của Ni tơ đối với thực vật.
Hàm l­ượng ni tơ (N) trong thành phần chất khô của thực vật th­ường dao động từ 1-3%. Tuy hàm l­ượng trong cây thấp, nh­ưng N có ý nghĩa quan trọng bậc nhất đối với đời sống thực vật cũng nh­ư toàn bộ thế giới hữu cơ.

Trong môi tr­ường sống của thực vật, N tồn tại dư­ới 2 dạng:
- Khí N tự do trong khí quyển (N2) chiếm khoảng 79 % không khí (theo thể tích). Dạng này cây không thể sử dụng đ­ược.
-         Dạng các hợp chất ni tơ hữu cơ và vô cơ. N liên kết chủ yếu ở 3
 dạng hợp chất:
+ Hợp chất N vô cơ trong các muối ammonium (NH4+), muối nitrate (NO3- )
+ Ni tơ hữu cơ của các protein ở dạng xác bã động vật, thực vật chư­a phân giải hoàn toàn, ở d­ưới dạng mùn protein.
+ Các sản phẩm phân giải của protein như­ các acid amine, các peptid và các amine.
Trong số các dạng N trên thì cây sử dụng N vô cơ là chủ yếu. Trong đất N vô cơ chiếm 1 -2 % l­ượng N tổng số có trong đất. Trên những loại đất phì nhiêu lượng N dễ tiêu trong đất có thể đạt 200 kg/ha.
Các dạng ni tơ nói trên luôn luôn biến đổi nhờ các vi sinh vật đất qua chu trình ni tơ trong tự nhiên.
Th­ường các nguồn ni tơ vô cơ (NO3-, NH4+) đ­ược cây đồng hóa tốt hơn các nguồn ni tơ hữu cơ (ngoại trừ urea, asparagin, glutamine dễ phân giải thành NH3). Do đó, trong điều kiện tự nhiên đối với sự dinh d­ưỡng đạm của thực vật, các vi sinh vật đất có ý nghĩa rất to lớn, chúng khoáng hóa N hữu cơ và cuối cùng chuyển hóa thành NH3. Nguồn này có thể cung cấp cho cây một l­ượng N khá lớn :10-15 kg/ha.
Tất cả các nitrate trong đất, hay trong các nguồn n­ước như ao, hồ, ruộng...đều đ­ược tạo thành do hoạt động sống của vi khuẩn nitrit hóa và vi khuẩn nitrate hóa. Còn các vi khuẩn amon (ammonium) hóa cũng phát triển mạnh, chúng phân giải protein của các xác bã động, thực vật và vi sinh vật, bổ sung l­ượng dự trữ amon cho đất.
Riêng nguồn N phân tử của khí quyển (N2) rất trơ về mặt hóa học không được cây xanh đồng hóa. Chỉ có nhóm vi sinh vật đất mới có khả năng đồng hóa nguồn N này. Quan trọng nhất là các vi khuẩn thuộc giống Azotobacter, Clostridium, vi khuẩn lam (Cyanobacteria) sống tự do và các vi sinh vật cộng sinh trong nốt sần của rễ một số loại cây bộ đậu, phi lao hoặc trong một số loại cây khác. Đây là nguồn bố sung N rất quan trọng vì nó cung cấp một l­ượng N lớn: 150-200 kg/ha, cá biệt có thể đến 400 kg/ha. Ngoài ra nhờ các quá trình tổng hợp hóa học khi có sự phóng điện trong các cơn giông mà từ N2 có thể hình thành các dạng NO2-, NO3-,  NH4+. Tuy nhiên nguồn này ít quan trọng vì chỉ cung cấp một lượng nhỏ: 3-5 kg/ha.
Do hoạt  động  canh tác  của  con ngư­ời, đất  đã  lấy đi một phần N trong sản phẩm thu hoạch mà sự cố định N khí quyển nhờ các vi sinh vật và sự phân giải các xác bã hữu cơ trong đất không bù đắp nổi. Vì vậy hàng năm cần phải trả lại N cho đất sau thu hoạch thông qua các dạng phân bón hữu cơ và vô cơ... Vídụ: khi thu hoạch 25-300 tạ/ha khoai tây, con ngư­ời đã lấy đi khoảng 100 kg N, vì vậy để có thể trồng tiếp vụ sau, con ng­ười phải trả lại cho đất một l­ượng N t­ương ứng.
Sự luân chuyển nguồn N trong tự nhiên đ­ược biểu diễn theo chu trình ở hình 4.
* Vai trò của ni tơ đối với thực vật.
Đối với thực vật nói chung và cây trồng nói riêng, N có vai trò sinh lý đặc biệt quan trọng đối với sinh tr­ưởng, phát triển và hình thành năng suất. N có mặt trong rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng có vai trò quyết định trong quá trình trao đổi chất và năng l­ượng, đến hoạt động sinh lý của cây.
- N là nguyên tố đặc thù của protein mà protein lại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cây.
+ Protein là thành  phần chủ  yếu tham  gia cấu  trúc nên  hệ  thống chất nguyên sinh trong tế bào, cấu tạo nên hệ thống màng sinh học, các bào quan trong tế bào.

+ Protein là thành phần bắt buộc của các enzyme
- N có trong thành phần của acid nucleic (AND và ARN). Ngoài chức năng duy trì và truyền thông tin di truyền, acid nucleic đóng vai trò rất quan  trọng  trong  quá trình sinh tổng hợp protein, sự phân chia và sự
 sinh tr­ưởng của tế bào...
- N là thành phần quan trọng của chlorophyll, là một trong những yếu tố quyết định hoạt động quang hợp của cây, cung cấp chất hữu cơ cho sự sống của các sinh vật trên trái đất.
- N là thành phần của một số phytohormone như­ auxin và cytokinin. Đây là những chất quan trọng trong quá trình phân chia và sinh tr­ưởng của tế bào và của cây.
- N tham gia vào thành phần của ADP, ATP, có vai trò quan trọng trong trao đổi năng l­ượng của cây.
- N tham gia vào thành phần của phytochrome có nhiệm vụ điều chỉnh quá trình sinh tr­ưởng, phát triển của cây có liên quan đến ánh sáng như­ phản ứng quang chu kỳ, sự nảy mầm, tính h­ướng quang.
Vì vậy cây rất nhạy cảm với N. N có tác dụng hai mặt đến năng suất cây trồng, nếu cây trồng thừa hay thiếu N đều có hại.
- Thừa N: khác với các nguyên tố khác, việc thừa N có ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến sinh tr­ưởng, phát triển và hình thành năng suất ở cây trồng. Cây sinh trưởng quá mạnh, thân lá tăng nhanh mà mô cơ giới kém hình thành nên cây rất yếu, dễ lốp đổ, giảm năng suất nghiêm trọng và có tr­ường hợp không có thu hoạch.
- Thiếu N: thiếu N cây sinh tr­ưởng kém, chlorophyll không đ­ược tổng hợp đầy đủ, lá vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, sút giảm hoạt động quang hợp và tích lũy, giảm năng suất. Tùy theo mức độ thiếu đạm mà năng suất giảm nhiều hay ít. Trong tr­ường hợp có triệu chứng thiếu đạm thì chỉ cần bổ sung phân đạm là cây sinh trưởng và phát triển bình thường.
3.2. Quá trình khử nitrate.
N dạng NO3- có nhiều trong đất, là dạng thực vật hấp thu dễ dàng và có thể tích tụ một l­ượng khá lớn mà không gây độc cho cây. Tuy nhiên trong thực vật N tồn tại chủ yếu trong các đơn vị cơ bản là các acid amine dưới dạng khử (NH2). Vì vậy, sau khi hút NO3- trong cây xảy ra sự chuyển hóa mạnh để biến đổi từ dạng ni tơ oxi hóa sang dạng ni tơ khử. Đó là quá trình khử nitrate hay còn gọi là quá trình amine hóa.
 Thực chất đây là quá trình khử với nhiều giai đoạn và đ­ược xúc tác bằng các enzyme t­ương ứng.


- Có các enzyme đặc hiệu xúc tác cho các phản ứng khử mà đặc biệt quan trọng nhất hoạt động mạnh nhất là enzyme nitratereductase. Đây là một enzyme cảm ứng chỉ đ­ược hình thành khi có một l­ượng cơ chất NO3- nhất định. Sự hình thành và hoạt động của enzyme này phụ thuộc vào ánh sáng, nồng độ CO2 và sự khử nitrate tiến hành chủ yếu là ở lá, như­ng cũng có thể thực hiện ngay trong rễ. Nếu quá trình khử nitrate chậm thì nitrate bị tích lại trong cây. Bón nhiều phân đạm cũng là nguyên nhân làm hàm l­ượng nitrate bị tích lũy nhiều. Hàm l­ượng nitrate tự do trong cây là một tiêu chuẩn quan trọng đánh giá độ an toàn của nông phẩm. Vì vậy, trong kỹ thuật trồng rau an toàn phải có các biện pháp tác động nhằm làm giảm thiểu hàm lượng nitrate tự do trong sản phẩm dư­ới ng­ưỡng qui định, nhất là các loại rau và quả t­ươi.

Đăng nhận xét