Значение азота в жизни растений

1. Главная
2. Природа
3. Значение азота в жизни растений

Значение азота в жизни растений велико, как и любого другого минерального элемента. Заменить один минерал другим, даже близким ему по свойствам, нельзя, так как каждый элемент имеет свою специфику. Недостаточное содержание минеральных элементов отражается отрицательно на росте и развитии растения. Азот в растениях

Азот в жизни растений

Например, каждая аминокислота, входящая в состав белка, содержит в себе азот, (подробнее: Обмен веществ в живых организмах).  Кроме того, азот входит в состав важнейшего органического соединения — хлорофилла, (подробнее: Процесс фотосинтеза в листьях растений). Азот находится также и в амидах, каковыми яв­ляются аспарагин и глутамин.

Азот входит в состав органиче­ских оснований, нуклеотидов, нуклеиновых, кислот, некоторых витаминов, ферментов и алкалоидов. Азот может находиться в растении и в виде неорганических соединений — солей азот­ной кислоты и аммонийных солей.

Содержание азота в почве

В почве содержится неодинаковое количество азота — от 0,05% в дерново-подзолистых почвах до 0,45% в черноземах (по весу). Однако только 1—2% из всего азота почвы состав­ляют азот неорганических соединений, остальные 98 — 99% приходятся на долю органического азота, содержащегося в мертвых растительных и животных остатках и в почвенном пе­регное.

Из неорганических соединений азота в почве встречаются соли аммония, нитраты и иногда небольшие количества нитритов. Растения могут усваивать азот из нитратов, нитри­тов, аммонийных солей, мочевины и аминокислот. Аспарагин и аминокислоты доступны растению, но усваиваются хуже, чем мочевина и неорганические соединения азота. В теле растения азот восстанавливается до NН₃ и в белках находится в виде группы NН₂.

В растении содержание азота колеблется от долей процента до 3—5% на сухой вес. Больше всего азота в молодых расту­щих частях растения, где много живой протоплазмы. Содержа­ние азота не остается в растении постоянным и уменьшается с возрастом; в верхних более молодых листьях его всегда боль­ше, чем в нижних. В первой половине XIX века господствовало представление, что растение усваивает азот в восстановленной форме (NН₄).

В связи с этим предполагалось, что в почве происходит восстановление нитратов. Однако при выращивании растений на рас­творах нитратов и аммонийных солей было обнаружено лучшее развитие растений в том случае, когда источником азота были нитраты.

После открытия С. Н. Виноградским процесса нитрифика­ции прежнее представление об усвоении азота только в восста­новленной форме сменилось обратным, т. е. стали считать, что аммонийные соли потому и могут служить источником азота, что в почве происходит их окисление — переход в нит­раты. Д. Н. Прянишников начал изучение вопроса об источниках азота для растений в условиях водных стерильных культур, исключающих возможность нитрификации.

В его опытах было обнаружено, что растения способны произрастать на обоих ис­точниках азота, но на нитратах— значительно лучше. Д. Н. Пря­нишников обратил внимание на реакцию раствора после пре­бывания в нем растения. Оказалось, что уже через несколько часов после пребывания растения в соответствующем растворе реакция его изменялась.

Если источником азота были аммо­нийные соли, реакция резко сдвигалась в кислую сторону, если нитраты — происходило подщелачивание раствора. Вводя в рас­твор с аммонийными солями кальций, Прянишников получил прекрасное развитие растений. Таким образом, было доказано, что растения могут усваи­вать азот и из аммонийных солей.

Токсичность аммонийных солей заключалась в том, что при их поглощении реакция среды становилась кислой, неблагоприятной для растения. Этими опытами Прянишников доказал, что как окисленная, так и вос­становленная формы азота являются прекрасными источника­ми питания растений.

Применяемые при выращивании растений неорганические соли азота химически являются нейтральными, поэтому изме­нение реакции почвенного раствора может быть объяснено только поглощающей деятельностью растения. Так как, поступление минеральных элемен­тов идет путем обменной адсорбции.

В случае, если в растворе была аммонийная соль (NH₄)₂S0₄, ион Н⁺ обменивался на ион NН₄⁺; в растворе получалась серная кислота, способная сильно диссоциировать, вследствие чего раствор резко подкис­лялся.

При наличии в растворе азотнокислой соли NaNО₃ в ре­зультате обменной адсорбции вместо поглощенного иона NO₃ в раствор выделялся ион НСO₃^- который, соединяясь с катио­ном Nа, образует углекислый натрий, гидролитически распада­ющийся с образованием гидроксильного иона ОН. Он вызывает подщелачивание раствора. Таким образом, аммонийные соли являются физиологически кислыми, а нитраты — физиологически щелочными.

Соль NН₄NО₃ также является физиологически кислой, так как поступление NН₄ идет быстрее, чем NO₃, в результате чего про­исходит подкисление среды. Применение физиологически кис­лых солей (NH₄)₂S0₄ и NН₄NO₃ на кислых почвах, которые и так неблагоприятны для многих растений, будет отрицательно сказываться на росте растений. В этих условиях надо приме­нять нитратные удобрения.

Клубеньковые бактерии

Высшие растения могут усваивать азот только из его сое­динений; молекулярный азот, находящийся в атмосфере, им совершенно недоступен. Связывать азот атмосферы могут специфические клубеньковые бактерии, способные разви­ваться в клубеньках, находящихся на корнях бобовых расте­ний.

Заражение бобового растения клубеньковыми бактериями происходит через корневые волоски. Бактерии проникают в ко­рень и размножаются в клетках коровой паренхимы, образуя слизистую нить. Двигаясь по слизистой нити, бактерии скапли­ваются в каком-нибудь месте коры корня. Под влиянием выде­лений бактерий происходит местное разрастание клеток коры корня — вздутие, так называемый клубенек. Клубеньки на корнях бобовых растений

Клубеньковые бактерии способны поглощать азот из атмо­сферы, переводя его в связанную форму, которая может быть усвоена растением. Между клубеньковыми бактериями и бобо­выми растениями устанавливается симбиоз: бобовое растение снаб­жает бактерии угле­водами, минеральны­ми веществами и во­дой, а клубеньковые бактерии доставляют азотистые соединения растению.

Процесс аммонификации

Существуют раз­личные расы клубень­ковых бактерий. Каж­дая раса способна заражать определенный вид бобового расте­ния. Бобовые расте­ния накапливают мно­го азота, и после их отмирания почва обо­гащается азотом. Фик­сацию атмосферного азота могут производить также сине-зеленые водоросли и некоторые виды бактерий, свободно живущие в почве.

К таким бактериям относятся различные виды Asotobacter, нуждающиеся в доступе кислорода, и ана­эробная бактерия Clostridium Pasteurianum. Ассимилирован­ный этими бактериями азот переводится в белковые вещества их тела. После отмирания бактерий происходит минерализация белкового азота, который становится доступным растениям.

Разрушаются мертвые остатки животных и растений вслед­ствие воздействия специальных бактерий, которые, разлагая белковые и другие азотистые вещества, переводят их в аммиак. Последний, соединяясь с анионами почвы, образует аммоний­ные соли, доступные растению. Этот процесс носит название аммонификации, а группа бактерий, производящая мине­рализацию органического азота, называется аммонифици­рующими бактериями.

Аммонифицирующие бактерии

Аммонифицирующие бактерии бывают как аэробные, так и анаэробные. Более энергично и до конца (т. е. до NН₃) процесс аммонификации идет в аэробных условиях. К образованию аммонийных солей приводит также и разло­жение мочевины и мочевой кислоты уробактериями. Об­разовавшиеся в почве аммонийные соли могут или непосред­ственно усваиваться растениями или окисляться сначала до азотистой, а затем до азотной кислоты.

Первый этап окисле­ния осуществляется бактерией Nitrosomonas, второй — бакте­рией Nitrobacter. Перевод аммонийных солей в нитраты возмо­жен только в хорошо обработанных почвах, где достаточно кис­лорода.

Таким образом, процессы, связанные с жизнедеятельностью почвенных микроорганизмов (фиксация азота атмосферы и аммонификация), увеличивают фонд доступного для растения азота в почве и поэтому являются в высшей степени полез­ными.

Кроме биологического связывания азота, в природе наблю­дается физическое связывание азота, например образование окислов азота, происходящее во время гроз при сильных элек­трических разрядах. Окислы азота, попадая с осадками в поч­ву, образуют азотистую и азотную кислоты, которые с катио­нами почвы дают нитриты и нитраты.

Процесс денитрификации

Количество доступного азота в почве уменьшается вслед­ствие процесса денитрификации, приводящего к разруше­нию нитратов и выделению азота в свободном виде. Денитрификация происходит в результате жизнедеятельности бактерий, называемых денитрифицирующими. Они разлагают ни­траты, используя, их кислород для дыхания при недостатке кислорода в почве.

Процесс денитрификации очень вреден, так как уменьшает количество доступного для растения азота. При хорошей аэрации почвы процессы денитрификации подавля­ются. Недостаток азота сказывается на внешнем виде растения. Верхние листья у него недоразвиваются, нижние — желтеют, а затем и отмирают, что объясняется передвижением из них азота в верхние листья, в которых азот вновь используется.

Таким образом, азот может многократно использоваться расте­нием — реутилизироваться. При длительном недостатке азота растения прекращают рост, (подробнее: Химический состав растений).

Круговорот азота

В природе постоянно происходит переход азота из одних соединений в другие. Растение является пищей для животных и человека. После отмирания животных и расте­ний, мертвые остатки, содержащие азот в виде органических сое­динений,  а также мочевина  попадают в  почву,   где подверга­ются постепенной минерализации.

Сначала идет процесс аммо­нификации, приводящий к образованию аммонийных солей, ко­торые частично поступают в растение, а частично подвергаются процессу нитрификации. Образовавшиеся нитраты могут также усваиваться   растением. Часть  нитратов  теряется   в процессе денитрификации,   приводящей   к   образованию   молекулярного азота, частью вымывается из почвы, так как нитраты не удер­живаются   почвенным   поглощающим   комплексом.

Количество потерянного в процессе денитрификации азота с избытком ком­пенсируется  азотом, связанным  фиксаторами  азота, и  образо­ванием окислов азота, которые в дальнейшем образуют нитра­ты. Круговорот азота в природе представлен на рисунке. Круговорот азота

В круговороте азота участвует человек; с одной стороны, он разрушает азотные соединения при сжигании органических веществ (дерева, торфа, каменного угля и других), с другой — человек научился связывать газообразный азот воздуха, пере­водя его в аммиачную и нитратную формы и в мочевину.