Nitơ

Chia sẻ: Nguyễn Thị Giỏi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

201
lượt xem 58
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nitơ nguồn dinh dưỡng vô cùng quan trọng đối với thực vật. Nó là thành phần trong cac nucleotit, protêin, phytohormon(vd auxin,xytokinin), ADP, ATP, phytocohrom, acid amin và hàng loạt các chất khác trong tế bào thực vật như diệp lục …. Các loài thực vật hút dinh dưỡng nitơ trong đất dưới dạng NH4- và NO3+. Đa số các thực vật không có khả năng tự tổng hợp

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nitơ

I. Đặt vấn đề Nitơ nguồn dinh dưỡng vô cùng quan trọng đối với thực vật. Nó là thành phần trong cac nucleotit, protêin, phytohormon(vd auxin,xytokinin), ADP, ATP, phytocohrom, acid amin và hàng loạt các chất khác trong tế bào thực vật như diệp lục …. Các loài thực vật hút dinh dưỡng nitơ trong đất dưới dạng NH4- và NO3+. Đa số các thực vật không có khả năng tự tổng hợp đạm, duy chỉ có cây họ đậu là có khả năng tự tổng hợp nguồn dinh dưỡng nitơ này. Để làm rõ đặc tính này chúng ta cùng tìm hiểu mối quan hệ giữu dinh dưỡng nitơ và nhóm cây họ đậu. II. Nội dung 1. Cây họ đậu Cây họ đậu(fabaceae)là một họ thực vật. Đ ặc trưng nổi bật của các loài cây thuộc họ Đậu là chúng là các loại cây chủ cho nhiều loài vi khuẩn tại các nốt sần trên rễ của chúng. Các loại vi khuẩn này được biết đến như là vi khuẩn nốt rễ (rhizobium), có khả năng lấy khí nitơ (N2) trong không khí và chuyển hóa nó thành các dạng chất mà cây có thể hấp thụ được (NO3- hay NH3). Hoạt động này được gọi là cố định đạm.Cây đậu, trong vai trò của cây chủ, còn vi khuẩn nốt rễ, trong vai trò của nhà cung cấp nitrat có ích, tạo ra một quan hệ cộng sinh.
Hình ảnh về một số cây họ đậu thuờng được trồng ở Việt Nam
2. Dinh dưỡng nitơ * Vai trò sinh lý của N: so với CHO, N ko nhiều 1-3% nhưg nó có vai trò hết sức quan trọng, thiếu N cây không tồn tại được. - N đựơc xem là nguyên tố quan trọng bậc nhất và hạn chế lớn nhất đvới năng suất cây trồng vì nhu cầu dinh dưỡng N của cây cao trong khi đó kn cung cấp của đất cho cây rất thấp. Hàm lượng N thay đổi từ 0,1- 0,2% (dưới dạng hữu cơ), khả năng cung cấp cho cây 30-40kg/ha/năm ----►quá nhỏ so với nhu cầu của cây. - Cây có thể hấp thu 2 dạng đạm: NO3- NH4+, Hàm lượg N chiếm 1-3% trọng lượng khô của cây tuỳ theo bộ phận. N tham gia và thành phần của hầu hết các hợp chất hữu cơ trong cây. + N có mặt trong a.nucleic nên quyết định đặc tính di truyền của cơ thể do đó điều chỉnh sự tổng hợp Pr và phân chia tế bào, các a.a – do đó là thành phần bắt buộc của Pr. Pr trong cơ thể TV là không thể thiếu vì nó tham gia vào c tạo nên cns, membrane, hthống E, phitocrom, DL, các phytohoocmon- điều chỉnh qúa trình sinh trưởng phát triển của cây…kể cả các hợp chất hữu cơ thứ cấp như tanin, cafein… + N tham gia cấu tạo nên nhiều Enzim quan trọng: dehydrogenaza, FAD, NAD… + N tham gia vào cấu trúc vòng poorphiril, đây là cáu tử quan trọng của chlorophil, cytocrom-----►N quyết định quá trình tđc, những biến đổi sinh lý sinh hoá, ảnh hưởng đến toàn bộ qúa trình st,pt, ns và chất lượng cây trồng. Do vậy để tăng ns và phẩm chất cây trồng thì việc thỏa mãn nhu cầu N có ý nghĩa quyết định. - Thiếu N cây sinh trưởng còi cọc, lá màu vàng nhạt, cây đẻ nhánh ít, sinh chồi kém, diện tích lá hỏ, ns và phẩm chất thấp (thậm chí có quả tuỳ mức độ thiếu N).Nguyên nhân: do sự tổng hợp Pr giảm nên giảm hoạt động của E do đó tđc và các hoạt động sinh lý khác đều giảm.
- Tuy nhiên nếu bón quá nhiều N và bón không cân đối với các nguyên tố đa lượng khác thì thân, lá sinh trưởng rậm rạp, lá màu xanh lục đậm, cây mềm yếu, khả năng chống đổ kém, đối với cây lấy hạt thì hạt lép nhiều, thậm chí ko ra hoa kết quả. Cây sinh trưởng mạnh thân lá nhưng khả năng chống chịu kém, dễ bị sâu bệnh phá hại. Nguyên nhân: do nồng độ NH3 tăng mất tính thấm bình thường của cây nên mọi hoạt động qh, hô hấp, vận chuyển sản phẩm đều giảm. - Để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng N đưa ra 3 chỉ số: + Hs sử dụng nông học: là lượng ns được tạo ra khi bón 1kg đạm = NS C – NS K (trong đó NS C: ns cây có bón đạm) lg đạm bón với cây lấy hạt hệ số này khoảng 10-15. Hs này càng cao chứng tỏ hiệu quả của phân bón càng lớn. + Hs sử dụng sinh lý = NS C – NS K lượg hút C - lượg hút K trong đó lượg hút C: số kg N cây hút được khi có bón N Hs này nói lên khả năng cung cấp của đất + HSSD biểu kiến: N hút được C – N hút được K % lượng N bón biết được tỷ lệ N hút được khi bón 1kg N -ngu ồn cung c ấp nit ơ cho c ây Nitơ trong không khí: Nitơ phân tư (N2 ) trong khí quyển chiếm khoảng 80%. Cây không thể hấp thụ được nitơ phân tử mà sau khi đã được các vi khuẩn cố định nitơ chuyển hóa thành NH3 thì cây mới đồng hóa được. Nitơ trong NO và NO2 của khí quyển là độc hại với cơ thể thực vật. Nitơ trong đất: Nguồn cung cấp chủ yếu nito cho cây la đất Nitơ ở đất tồn tại ở 2 dạng:nitơ khoáng và nitơ hữu cơ trong xác sinh vật. Sinh vật chỉ hấp thụ nitơ khoáng dưới dạng NO3-, NH4+, màNO3 dể bị rửa trôi còn NH4 được các hạt keo đất giữ lại. Cây không trực tiếp hấp thụ nitơ trong xác thực vật mà nhờ VSV đất phân giải thành nitơ khoáng cây mới hấp thụ được.
3. Mối quan hệ giữa dinh dưỡng nitơ với cây họ đậu Với cây họ đậu mối quan hệ giữu dinh dưỡng nitơ có sự tác động qua lại. Nghĩa là nó có thể hút chất dinh dưỡng nitơ từ trong đất dưới dạng NH+4 và NO-3 và vừa có thể tổng hợp dinh dưỡng Nitơ nuôi cây và để lại trong đất dinh dưỡng đạm. Điều đó tuỳ thuộc vào khả năng tạo nốt sần và thời gian tạo nốt sần c ủa c ây h ọ đ ậu. 2.1. Giai đoạn cây còn non chưa hình thành nốt sần Ở giai đoạn này cây họ đậu với bộ rễ mới hình thành thì nó chưa có khả năng tạo nốt sần nên không có khả năng tổng hợp đạm. Do đó cây phải hút dinh dưỡng nitơ dưới dạng ion NH4+, NO3- ở trong đất. Sự hấp thụ dinh dưỡng nitơ vào cây có thể theo 2 kiểu: - Hấp thụ thụ động + các ion NH4+, NO3- theo sự chênh lệch nồng độ từ cao đến thấp. + Các ion NH4+, NO3- hoà tan trong nước và vào rễ theo dòng nước + Các ion NH4+, NO3- hút bám trên bề mặt các keo đất và trên bề mặt rễ trao đổi với nhau khi có sự tiếp xúc giữa rễ và dung dịch đất. Cách này gọi là hút bám trao đổi - Hấp thụ chủ động Phần lớn các ion NH4+, NO3- được hấp thụ vào cây theo cách chủ động. Tính chủ động ở đây được thể hiện ở tính thấm chọn lọc của màng sinh chất và các chất khoáng cần thiết cho cây đều được vận chuyển trái với quy luật khuếch tán, nghĩa là nó vận chuyển từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao, thậm chí rất cao (hàng chục, hàng trăm lần) ở rễ. Vì cách hấp thụ khoáng này mang tính chọn lọc và ngược với gradien nồng độ nên cần thiết phải có năng lượng, tức là sự tham gia của ATP và của một chất trung gian, thường gọi là chất mang. ATP và chất mang được cung cấp từ quá trình chuyển hoá vật chất (chủ yếu từ quá trình hô hấp). Ở giai đoạn này của các loại cây họ đậu thường được trồng thì quá trình phàt triển của hệ rễ cây càng nhanh càng tốt. Do đó chúng ta phải bón phân đạm
với lượng nhỏ và kèm theo bón phân lan vì phân lân sẽ kích thích sự phát triển của bộ rễ cây. Ví dụ ở giai đoạn này ở cây lạc người ta thường bón cho cây là 20 – 30kgN/ha và 40 – 60kg P2O5/ha Sau khi c ác ion NH4+, NO3- thì có: Sự đồng hoá NO3- -: - Đa số các loài TV đều hút N dưới dạng NO3- tuy nhiên TV không thể sử dụng trực tiếp dạng NO3- mà phải biến đổi đi thì mới sử dụng được (qtrình khử nitrat), q.trình này xảy ra ở rễ hoặc trong thân cây. Nitorat reductaza Nitorit reductaza NO3- ----------------------► NO2-------------------------► NH4+, NADH2 2e 2H+ NAD 3NADH2 6e 6H+ 3NAD Sự đồng hoá đạm amon (NH4+): - N cây hút từ đất trực tiếp dạng NH4+):hoặc NO3- được chuyển hoá thành NH4+, (thông qua pứ khử nitrat) đều được đồng hoá theo con đường khử amin hoá bởi các xetoaxit, các a.hữu cơ chưa nó để tạo thành các a.a sơ cấp. a.fumaric (amin hoá) a. aspactic a.xetoglutamic + NH3 (xt E) --------► a. glutamic a.piruvic alanin * Giải độc NH3 dự trữ NH3: Khi quá nhiều NH3cây có cơ chế để tự giải độc NH3 đồng thời tích luỹ NH3 để sử dụng cho các giai đoạn thiếu N. Khi đó NH3 được chuyển thành cá amit với các a.a dicacboxylic và tạo thành hchc giàu đạm (foocbityl và ure). a.glutamic + NH3 --------------- glutamin a. aspartic + NH3 ---------------- Asparagin 2.2.Giai đoạn cây đã hình thành nốt sần ở rễ Ở giai đoạn này cây sử dụng nguồn nitơ từ không khí. Trong thành phần không khí thì nitơ chiếm 78% nhưng những phân tử nitơ đó rất bền vững rất khó có thể phá vỡ được liên kết 3 trong phân tử N2.
Kể từ năm 1920, biện pháp công nghiệp Haber-Bosch đã giúp con người tách mối liên kết 3 này, miễn là có nguồn năng lượng có thể nâng nhiệt độ lên 400 hoặc 500oC và áp suất là 200 atmosphere. Nhưng đối với cây họ đậu thì khác chúng có khả năng hấp dẫn vi khuẩn di cư vào và giúp chúng cố định nitơ phân tử. Vi khuẩn tạo những nốt sần trên rễ cây họ đậu. Nốt sần ở đây là sự sống cộng sinh giữa vi khuẩn và cây họ đậu. Theo nghiên cứu thì vi khuẩn nốt sần : thuộc loại hiếu khí không tạo bào tử có thể đồng hóa nhiều nguồn cacbon khác nhau, pH thích hợp: 6,5-9,5, nhiệt độ phát triển thích hợp: 24-26oC. Phân loại vi khuẩn nốt sần có nhiều ý kiến chưa thống nhất: + Theo Todorovic chia vi khuẩn nốt sần ra 2 loài: Rhizibiomonas leguminosarum và Rhizobacterum leguminosrum + Theo Bergli thì giống Rhizobiumbao gồm 6 loài vi khuẩn nốt sần: Rh.leguminosarum, Rh.phaseoli, Rh.Trifolii, Rh.lupini, Rh.sapnicum, Rh.meliloti. Cơ chế tạo thành nốt sần: Vi khuẩn nốt sần xâm nhập vào rễ cây họ đậu thông qua lông hút đôi khi thông qua vết thương. Một số cây họ đậu tiết ra xung quanh rễ những chất có tác dụng kích thích(polysacarit) những vi khuẩn tương ứng với mình phát triển mạnh hơn để có thể nhiễm vào thực vật, vi khuẩn phải đạt mật độ tế bào 104/gam đất. Khi tiếp xúc với rễ non của cây trong điều kiện thuận lợi, vi khuẩn nốt sần sinh sản nhanh làm tăng mật độ tại điểm tiếp xúc, đồng thời tiết ra một số hoạt chất làm mềm lớp biểu bì của lông hút. Lông hút quăn lại, tế bào vi khuẩn xâm nhập vào lông hút và tiếp tục sinh sản nhanh tạo thành sợi nhiễm. Sợi nhiễm xuyên qua lớp vỏ của rễ cây, kích thích vỏ rễ phát triển tạo ra lớp mô phân sinh, từ đó hình thành vỏ nốt sần. Bên trong nốt sần các tế bào tiếp tục phát triển và hình thành hệ thống mạch dẫn vận chuyển chất dinh dưỡng đến nốt sần và chuyển đạm hình thành trong quá trình cố định nitơ đến các bộ phận của cây. Hình dáng, kích thước, màu sắc và vị trí của nốt sần trên rễ cây rất khác nhau, phản ánh tình trạng liên kết giữa vi khuẩn nốt sần và hiệu quả cố định nitơ. Căn cứ vào hiệu quả cố định nitơ, hai loại nốt sần được phân biệt, đó là nốt sần hữu hiệu và nốt sần vô hiệu.
Nốt sần hữu hiệu thường to và tập trung thành chùm ở rễ cái và gần cổ rễ phụ. Độ lớn tối đa của nốt sần hữu hiệu đạt được vào thời kỳ cây ra hoa rộ. Nốt sần hữu hiệu có thịt màu đỏ do sắc tố Haemoglobin tạo ra, có chức năng điều tiết lượng oxy cần thiết để kích thích men cố định nitơ Nitrogenaza. Khi nốt sần hữu hiệu trở nên già, Haemoglobin bị biến đổi thành Leghaemoglobin có sắc tố màu xanh, khi đó nốt sần không còn khả năng cố định nitơ. Trong đất có đạm vô cơ, nốt sần hữu hiệu vẫn hình thành nhưng nhỏ và có đặc điểm gần như nốt sần vô hiệu. Khi lượng đạm trong đất cạn, nốt sần hữu hiệu phát triển làm tăng kích thước và lại có khả năng cố định nitơ. Điều này cần được chú ý đặc biệt trong sản xuất nông nghiệp. Để phát huy tối đa hiệu lực của vi khuẩn nốt sần, không nên bón thúc đạm cho cây bộ đậu. Bón thúc đạm vừa tốn kém lại không sử dụng được hiệu quả cộng sinh giữa vi khuẩn nốt sần và cây bộ đậu. Molypden là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng trong quá trình cố định nitơ. Thiếu Molypden, nốt sần hữu hiệu vẫn phát triển bình thường về kích thước, song thịt nốt sần có màu xanh lục và có biểu hiện già cỗi. Nốt sần vô hiệu có kích thước nhỏ và phân bố khắp hệ thống rễ. Nốt sần vô hiệu có thịt màu trắng xanh không thay đổi trong suốt thời gian phát triển đến khi già. Dựa vào số lượng, kích thước và màu sắc thịt nốt sần, có thể đánh giá được hiệu quả của quá trình cố định nitơ của cây lạc và nòi vi khuẩn tương ứng. Rễ cây có mật độ nốt sần hữu hiệu cao, chứng tỏ việc sử dụng phân vi khuẩn nốt sần đã mang lại hiệu quả tốt. Nốt sần thích hợp ở các điều kiện: Độ ẩm của đất: 60 - 70%; Độ thoáng khí: càng nhiều càng tốt, điều này cho thấy rễ càng sâu lượng nốt sần càng kém; pH thích hợp từ 4,6-8,0; Phân đạm thường ức chế tạo thành nốt sần; Phân lân, kali có tác dụng tích cực; Phân canxi, manhê và các muối khác cũng có tác dụng tốt đến quá trình tạo thành nốt sần; Chất dinh dưỡng cacbon như nước đường, rơm, rạ làm tăng khả năng xâm nhập và khả năng cố định nitơ, ngược lại những vi sinh vật cho kháng sinh sẽ gây ức chế vi khuẩn Rhizobium. Quá trình này xảy ra trong điều kiện yếm khí. Hoạt động của enzim nitrogenase rất mẫn cảm với O2. Khi có mặt O2 th ì enzim n
CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH NITƠ PHÂN TỬ: Quá trình cố định nitơ phân tử theo 2 hướng cơ bản: Con đường khử và con đường oxy hoá. NO2- + 6Fdred + 8H+ + 6e- NH4 + + 6Fdox + 2H2O Con đường khử theo chuỗi biến hoá: N2 → HN=NH → H2N-NH2 → NH3 → NH4OH Con đường oxy hoá: N2 → N2O → (HNO)2 → NH4OH Qua 2 hướng đó, người ta thu được kết quả sau: - Nếu nồng độ Oxy nhiều sẽ ức chế quá trình cố định nitơ phân tử. - Hiệu suất cố định nitơ phân tử của những vi sinh vật kỵ khí thường cao hơn những vi sinh vật hiếu khí. - Tìm thấy hợp chất loại khử khi nuôi các vi sinh vật cố đinh nitơ phân tử. Qua đó cho thấy con đường khử có nhiều khả năng xảy ra hơn Enzim đặc hiệu cho quá trình xảy ra là enzim nitrogenase có thể coi là nhân tố chìa khoá cho quá trình này. Enzim này hoạt động trong điều kiện
yếm khí. Khi có mặt của O2 thì enzim mất hoàn toàn hoạt tính, vì vậy trong nốt sần có chất leghemoglobin(LHb) sẽ tiếp nhậm oxi để tạo điều kiện yếm khí cho enzim hoạt động. Nhóm hoạt động của nó có chứa nguyên tố molypden và Fe. Vì vậy sử dụng Mo v à Fe cho cây họ đậu là hiệu quả. Quá trình cố định nitơ phân tử là quá trình khử liên tục nên cần các chất khử mạnh và năng lượng của ATP.Các chất khử là NADH v à feredoxin cùng với năng lượng ATP do hô hấp của cây chủ cung cấp. Sự cố định nitơ cần rất nhiều năng lượng, cần 16 ATP để khử 1N2. Khả năng cố định Nit ơ phân tử của cây họ đậu l à rất đáng kể. N ói chung, các cây họ đậu có khả năng cố định từ 200-450 kgN/ha/ năm, bổ sung nguồn đạm quan tr ọngcho cây trồng và việc cải tạo đất. Vai trò của sự cố định đạm sinh học Nhờ có các quá trình cố định đạm sinh học tự nhiên, hàng năm trên toàn thế giới có khoảng120- 160 triệu tấn Nitơ khí quyển đã được cố định và chuyển hoá thành nguồn phân đạm dưới các dạng khác nhau (A. Gibson, 1995). Lượng đạm này ước tính gấp khoảng 2 lần lượng phân bón sản xuất ra hàng năm trên toàn thế giới. Lượng đạm trong không khí được cây họ đậu cố định: Stt Loại Lượng đạm cố định (kg/ha/năm) 1 Đậu tương 11 - 124 2 Lạc 33 - 111 3 Đậu Hà Lan 46 4 Đậu Rựa 49 5 Cỏ Stylo 30 - 196 6 Đậu bướm 112 Việc ứng dụng các chế phẩm sinh học cho mục đích ổn định, tăng năng suất cây trồng cũng như làm bền vững hệ sinh thái đang thu hút sự quan tâm của toàn nhân loại. Xu thế hướng đi mới trong phát triển công nghệ và ứng dụng các chế phẩm phân bón sinh học cho thực tiễn sản xuất là sử dụng các loại chế phẩm hỗn loài, nhiều chủng nhằm làm tăng và ổn định hiệu lực của chế phẩm, trong đó đặc biệt chú ý sự phối hợp giữa vi khuẩn rhizobium với nấm cộng sinh mycorrhizae cho các loài cây có cả 2 khả năng hình thành cộng sinh như keo, phi lao...(Chang, 1986. Badji, 1989. Balasundaran, 1995).
Keo Lai và keo Tai tượng là 2 loài cây trồng quan trọng và rất triển vọng của nhiều chương trình trồng rừng ở Việt Nam, đặc biệt trên những vùng đất bị thoái hoá. Đây là 2 loài cây họ đậu cò khả năng cộng sinh cao với vi khuẩn cố định đạm rhizobium và nấm rễ mycorhizae. Công việc tuyển chọn các chủng vi khuẩn rhizobium có hiệu lực cộng sinh cố định đạm cao ứng dụng cho sản xuất vườn ươm và rừng trồng cây keo Lai, keo Tai tượng sẽ làm tăng chất lượng, hiệu quả sản xuất cây con vườn ươm, tăng khả năng thành công và năng suất rừng trồng của các chương trình trồng rừng sản xuất & phục hồi cải tạo môi trường sinh thái. Ng ày nay, c òn ứng d ụng tr ồng m ía x en c ây h ọ đ ậu t ại t ỉnh qu ảng ng ãi. Theo số liệu của Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi,Khi ch ưa tr ồng xen canh th ì diện tích mía toàn tỉnh trong niên vụ 2006 - 2007 vào khoảng gần 7.000 ha, năng suất bình quân 52 tấn/ha, hàm lượng đường 10,4 CCS; sản lượng mía cây 360.000 tấn. Sau hai năm triển kha tr ồng x en canh, qua 2 vụ mía tơ và mía gốc, mô hình đã mang lại hiệu quả rõ rệt. Mía đạt năng suất bình quân 87,3 tấn/ha, tăng 161,0% so với mía trồng đại trà trong vùng dự án (tăng 33,05 tấn/ha); hàm lượng đường CCS đạt 11,4%, tăng 0,45% so với đại trà (quy về chữ đường CCS 10%, đạt 99,3 tấn/ha, vượt 67,2% so với đại trà (tăng 39,9 tạ/ha); đậu lạc trồng xen, năng suất 1,13 tạ/ha, đạt xấp xỉ 50% năng suất lạc trồng thuần (trồng thuần đạt bình quân 2,0-2,2 tấn/ha). Trong khi đó diện tích trồng xen chỉ chiếm 40% diện tích sản xuất mía. Năng suất thân lá cây đậu ph ộng bình quân 16,4 tấn/ha; vùi xuống đất làm phân hữu cơ cải tạo đất rất tốt. Hiện nay, có một số chế phẩm vsv cố định đạm được sử dụng bón cho nhiều cây trồng mang lại hiệu quả rõ rệt cho cây trồng cả về năng suất và môi trường như chế phẩm nitrazin bón cho lúa. Tuy nhiên, các chế phẩm vsv có ích như v ậy cho các cây trồng hiện nay còn rất h ạn chế.
III K ết lu ận