عنصر نیتروژن و مکانیسم های جذب آن در گیاهان

نیتروژن پرمصرف ترین عنصر ضروری برای گیاه بوده و عمده ترین عامل محدود کننده عملکرد می باشد.از آنجا که نیتروژن نقش عمده ای در ساختار کلروفیل ،اسید های آمینه،آنزیم ها،ویتامین ها و اسید های نوکلئیک بر عهده دارد،مقادیر بالاتری از این عنصر مورد نیاز گیاه می باشد.نیتروژن موجود در خاک از راه های گوناگونی تامین میشود بخش از این نیتروژن،حاصل تجزیه مواد آلی می باشد.

مواد آلی خاک تحت تاثیر فرآیند هایی بنام معدنی شدن نیتروژن (مینرالیزاسیون)و همچنین آمین سازی (تجزیه پروتئین های موجوددر مواد آلی و آزاد شدن اسید های آمینه )تجزیه شده و نیتروژن آزاد می کنند.دمای حدود 30 درجه سانتی گراد و رطوبت 50 -60 َ%سبب افزایش فرایند مینرالیزاسیون می شوند.یکی دیگر از راه های افزایش نیتروژن خاک تثبیت نیتروژن معدنی گازی شکل (N2)توسط موجودات همزیست مانند ریزوبیوم و موجودات غیر همزیست مانند ازتو باکتر-سیانوباکتر می باشد.مقادیری از نیتروژن نیز تحت تاثیر بارندگی ها وارد بافت خاک میشود.

گیاهان نیتروژن معدنی را به دو فرم آمونیوم (NH4)و نیترات (NO3)از خاک جذب می کنند.یون آمونیوم می تواند بصورت مستقیم توسط ریشه جذب گیاه شود و یا تحت تاثیر فرایندی به نام نیتریفیکاسیون(نیترات سازی)تبدیل به آنیون نیترات شده و جذب گیاه گردد.فرایند تبدیل آمونیوم به نیترات سبب اسیدی شدن خاک شده که کمک موثری به جذب عناصر ریز مغذی خواهد کرد که در خاک های قلیایی مشکل جذب دارند.

فرایند نیتریفیکاسیون شامل دو مرحله می باشد.در مرحله اول،باکتری اکسید کننده آمونیوم (بیشتر از گروه باکتری های نیتروزوموناس) کاتیون آمونیوم را تبدیل به نیتریت کرده و در این فرآیند آّب و یون هیدروژن نیز تولید می شوند.

در مرحله بعدی یون نیتریت تولید شده توسط باکتری نیتروباکتر تبدیل به نیترات می شود.این واکنش ها دو سویه می باشند و تحت عنوان نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون شناخته می شوند.

گروه سومی از باکتری ها که از نوع پلانکتومیست ها می باشند نیز وجود دارند که توانایی اکسیداسیون یون آمونیوم را دارا هستند.این باکتری ها،بجای استفاده از اکسیژن از نیتریت استفاده کرده و بجای تولید نیتریت،گاز نیتروژن (N2)تولید می کنند.این واکنش تحت عنوان اکسیداسیون غیر هوازی آمونیوم (Anammox)شناخته می شود.

از آنجا که دماهای پایین مانع فعالیت مناسب نیتروباکتر شده،بنابراین در دماهای پایین تجمع نیتریت در خاک رخ میدهد که برای گیاهان سمی می باشد،بنابراین در شرایط دمای پایین استفاده از کود های آمونیومی در باغات باید با حتیاط صورت گیرد.در شرایط دمای بالا،تا دمای 30 درجه سانتی گراد،سرعت نیتریفیکاسیون افزایش می یابد و  با افزایش بیشتر دما،نیتریفیکاسیون کاهش شدید نشان میدهد.در خاک های اسیدی نیز فعالیت باکتری های اکسید کننده نیتریت کاهش چشمگیر نشان داده و تجمع نیتریت رخ می دهد.

بررسی پاسخ گیاه به مصرف کود نیتروژنه به فرم نیتراته نشان داد که در صورت استفاده از منبع نیتراته کود،نه تنها بین نیتروژن و سولفور، بلکه بین نیتروژن و عنصر آهن نیز در فرآیند جذب ارتباط تنگاتنگی وجود خواهد داشت.آهن برای فعالیت بسیاری از آنزیم های دخیل در آسیمیلاسیون نیترات،از جمله آنزیم نیترات ردوکتاز،نیتریت ردوکتاز و رودوکسین مورد نیاز است.بنابراین سنتز نیکوتین آمین ناشی از نیترات احتمالا به منظور تسهیل انتقال آهن برای تحرک سنتز پروتئین ها به منظور جذب نیترات رخ میدهد.

جذب نیتروژن

بطور کلی عناصر غذایی بر اساس  سه مکانیسم مختلف در اختیار ریشه قرار میگیرند:

1.حرکت توده ای:در این مکانیسم،در این مکانیسم،عناصر غذایی بصورت توده ای و همراه جریان آب در اختیار ریشه قرار میگیرند.

2.انتشار:عناصر غذایی با بار مثبت،مانند پتاسیم،که بصورت تبادلی تحت تاثیر بار منفی خاک جذب و نگهداری می شوند.طی این مکانیسم جذب ریشه میشوند.

3.تماس ریشه ای:مکانیسمی بوده که طی آن تارهای کشنده ب سمت عنصر مورد نظر حرکت میکنند مانند جذب فسفر.

قبل از جذب نیتروژن توسط گیاه،باید نیتروژن در تماس با ریشه قرار گیرد.بیشتر از 99%از یون های نیتروژن توسط جریان توده ای و همراه با آب حرکت کرده و در تماس با ریشه قرار میگیرند.بنابراین هرچه جذب آب بیشتر باشد نیتروژن بیشتری در تماس با ریشه قرار خواهد گرفت ودر نتیجه تامین رطوبت مناسب در محیط ریشه اهمیت بسزایی دارد.

نیتروژن به فرم های زیر برای درخت قابل جذب می باشد:به فرمN2 (تثبیت بیولوژیکی توسط میکرو ارگانیسم ها)،آمینواسید ها،آنیون نیترات (NO3)و کاتیون آمونیوم (NH4).بیشترین جذب نیتروژن در محیط ریشه به صورت یون های نیترات و آمونیوم انجام می گیرد.نیترات جذب شده می تواند در واکوئل ذخیره شده یا وارد فرآیند های متابولیکی گیاه شود.ولی یون های آمونیوم بدلیل سمیت بالا در گیاه،باید متابولیزه شوند.ریشه قادر به جذب اسید های آمینه نیز می باشدزیرا بسیاری از گونه های گیاهی دارای حامل های تخصصی برای حمل اسید های آمینه به داخل گیاه هستند.

سلول گیاه در قبال جذب آمونیوم ،توسط پمپ غشایی H-ATPaseیک یون پروتون (H)به محیط خاک پس میدهد تا تعادل الکتریکی سیتوپلاسم خو را حفظ کند.ورود یون پروتون در قبال جذب آمونیوم به محیط خاک، سبب اسیدی شدن محیط ریشه می شود.کاهش PH محیط ریشهف علاوه بر تاثیر مثبت بر جذب ریزمغذی هایی مانند منگنز و روی،جذب عنصر سیلیسیم (Si) را بالا برده و بر کاهش بیماری های گیاهی تاثیر مثبت نشان داده است.آمونیوم سریعترین کاتیون برای جذب بوده و رقیب اساسیسایر کاتیون ها می باشد.در رقابت با یون های پتاسیم،کلسیم و منیزیم، آمونیوم سریع تر جذب گیاه شده و پیروز رقابت با سایر کاتیون هاست.