Bài viết gần đây
Nguyên tố dinh dưỡng khoáng là những nguyên tố được bổ sung từ môi trường bên ngoài nhằm duy trì các hoạt động sinh lí – hóa sinh bình thường trong mô và tham gia kiến tạo các cấu trúc. Do đó, sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của thực vật sẽ phản ánh việc cây có được cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng hay không.
A. CÁC NGUYÊN TỐ KHOÁNG THIẾT YẾU VÀ NGUỒN CUNG CẤP CÁC NGUYÊN TỐ KHOÁNG
Nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu
Có 17 nguyên tố khoáng thiết yếu cần cho sự sinh trưởng của tất cả các loài thực vật. Tùy thuộc vào hàm lượng có trong mô thực vật, các nguyên tố khoáng thiết yếu được chia làm 2 nhóm:
- Nguyên tố đại lượng [> 100 mg/1 kg chất khô của cây] gồm: C, H, O, N, P, K, S, Ca, Mg.
- Nguyên tố vi lượng [≤ 100 mg/1 kg chất khô của cây] gồm: Fe, Mn, B, Cl, Zn, Cu, Mo, Ni.
Vai trò của nguyên tố khoáng thiết yếu trong cây
Các nguyên tố đại lượng: thường đóng vai trò cấu trúc trong tế bào, là thành phần của các phân tử hữu cơ quan trọng, ảnh hưởng đến tính chất của hệ thống keo trong chất nguyên sinh.
Các nguyên tố vi lượng: là thành phần không thể thiếu được của hầu hết các enzim, chúng hoạt hóa các enzim trong quá trình trao đổi chất của cơ thể thực vật.
Nguồn cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng khoáng cho cây
Đất là nguồn cung cấp các nguyên tố khoáng chủ yếu cho cây.
Trong các nguyên tố khoáng cần thiết cho cây, nitơ là nguyên tố có vai trò đặc biệt quan trọng. Nitơ trong đất tồn tại ở 2 dạng là nitơ vô cơ trong các muối khoáng và nitơ hữu cơ trong xác sinh vật. Dạng nitơ cây hấp thu được là nitơ vô cơ.
Ngoài nitơ, các nguyên tố cần thiết khác cũng được cây hấp thụ ở dạng ion.
Nitơ phân tử [N2] chiếm gần 80% thể tích khí quyển nhưng là dạng nitơ cây không thể hấp thụ được, dạng nitơ này phải được chuyển thành NH3 thì cây mới sử dụng được. Ngoài ra, nitơ trong khí quyển còn có trong NO2 và NO là loại khí rất độc cho cây trồng.
Phân bón là nguồn cung cấp các chất khoáng quan trọng cho cây trồng.
Phân bón cần phải được dùng một cách hợp lí là đúng loại, đủ số lượng, tỉ lệ thành phần dinh dưỡng, theo nhu cầu của cây, có thể bón lót trước khi trồng và bón thúc sau khi trồng cây, bón qua lá hoặc bón qua rễ.
Khi lượng phân bón vượt quá mức tối ưu, cây sẽ không hấp thụ hết. Dư lượng phân bón trong cây gây độc hại cho cây và làm ô nhiễm nông phẩm. Phân bón cây không hấp thụ hết làm xấu tính chất lí hóa của đất, bị nước mưa cuốn trôi xuống các thủy vực gây ô nhiễm nguồn nước.
B. DINH DƯỠNG NITƠ Ở THỰC VẬT
Quá trình chuyển hóa nitơ trong đất
Gồm 2 quá trình:
- Quá trình amôn hóa.
- Quá trình nitrat hóa.
Qúa trình amôn hóa [do vi khuẩn amôn thực hiện]
Nitơ hữu cơ [xác SV] ⇒ NH4+
Qúa trình nitrat hóa [do vi khuẩn nitrat thực hiện]
NH4+ ⇒ NO2- ⇒ NO3-
Quá trình phản nitrat [do vi khuẩn phản nitrat hóa thực hiện, trong môi trường yếm khí, nồng độ pH thấp]
NO3- ⇒ N2
Quá trình phản nitrat gây thất thoát nitơ trong đất. Biện pháp khắc phục là xới đất làm cho đất tơi xốp.
Quá trình cố định nitơ phân tử
Quá trình liên kết N2 với H2 để hình thành nên NH3
Các con đường cố định nitơ phân tử
Con đường vật lý – hóa học: xảy ra trong điều kiện có sấm sét, tia lửa điện….
Con đường sinh học: là quá trình khử nitơ phân tử thành dạng amôn được thực hiện nhờ các vi khuẩn: vi khuẩn cộng sinh [Rhizobium], sống tự do như vi khuẩn lam [Cyanobacteria]. Nhờ vi khuẩn có chứa enzim nitrôgenaza có khả năng bẻ gãy liên kết N2 thành NH3
Sơ đồ:
N2 [Nitrogenaza] → NH3 + H2O → NH4+
Qúa trình đồng hóa nitơ ở trong mô thực vật
Rễ cây hấp thụ nitơ ở các dạng ion NH4+ và NO3-.
Đồng hóa nitơ trong mô thực vật gồm 2 quá trình: Qúa trình khử nitrat và qúa trình đồng hóa amôni.
Quá trình khử nitrat trong mô rễ và mô lá của thực vật, được hoạt hóa bởi Mo và Fe.
NO3- [nitrat] → NO2- [nitrit] → NH4+ [amôni].
Quá trình đồng hóa amôni trong mô thực vật
Amin hóa trực tiếp các axit xêtô để tạo các axit amin cần thiết.
Chuyển vị amin.
Hình thành amit là quá trình liên kết NH4+ vào axit amin đicacboxilic. Đây là cách giải độc NH4+ dư thừa tốt nhất cho cây [vì chất này tích luỹ gây độc hại cho cây] và là nguồn dự trữ NH4+ cho các quá trình tổng hợp axit amin trong cơ thể thực vật khi cần thiết.
BÀI TẬP VẬN DỤNG
Câu 1. Nguyên tố nào sau đây là thành phần của diệp lục, tham gia hoạt hóa enzim và khi thiếu nó lá có màu vàng?
A. Cacbon.
B. Sắt.
C. Magiê.
D. Clo
Câu 2. Ở thực vật, nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu nào sau đây là nguyên tố đại lượng?
A. Bo
B. Nitơ
C. Sắt
D. Mangan
Câu 3. Khi thiếu nguyên tố đại lượng nào sau đây lá lúa sẽ bị vàng?
A. Sắt
B. Kēm
C. Đồng
D. Nitơ.
Câu 4. Nhóm sinh vật có khả năng cố định đạm là
A. Lúa
B. Cà chua
C. Vi khuẩn Rhizobium
D. Vi khuẩn amôn hóa.
Câu 5. Loại vi khuẩn nào sau đây thực hiên quá trình chuyển đạm nitrat thành N2?
A. Vi khuẩn cố định nitơ.
B. Vi khuẩn phản nitrat hóa.
C. Vi khuẩn nitrat hóa.
D. Vi khuẩn amôn hóa.
Câu 6. Quá trình nào làm mất nguồn nitơ trong đất cung cấp cho cây?
A. Phản nitrat hóa.
B. Nitrat hóa.
C. Cố định nitơ.
D. Amôn hóa.
Câu 7. Quá trình chuyển hóa NO3- thành N2 do hoạt động của nhóm vi khuẩn
A. cố định nitơ.
B. nitrat hóa.
C. phản nitrat hóa.
D. amôn hóa.
Câu 8. Sinh vật nào sau đây thực hiện sơ đồ chuyển hóa NO3– à NH4+?
A.Vi khuẩn nitrat hóa.
B. Vi khuẩn amôn hóa.
C. Thực vật.
D. Vi khuẩn phản nitrat hóa.
Câu 9. Vai trò của nitơ trong cơ thể thực vật
A. Là thành phần của axit nucleic, ATP, photpholipit, côenzim, cần cho nở hoa, đậu quả, phát triển rễ.
B. Chủ yếu giữ cân bằng nước và ion trong tế bào, hoạt hóa enzim, mở khí khổng.
C. Là thành phần của thành tế bào, màng tế bào, hoạt hóa enzim.
D. Tham gia cấu tạo nên các phân tử prôtein, enzim, côenzim, axit nuclêic, diệp lục, ATP…
Câu 10. Nguồn nitơ cung cấp chủ yếu cho cây là
A. Từ xác sinh vật và quá trình cố định đạm.
B. Từ phân bón hoá học.
C. Từ vi khuẩn phản nitrat hoá.
D. Từ khí quyển.
ĐÁP ÁN
1 A
2 B
3 D
4 C
5 B
6 A
7 C
8 B
9 D
10 A
TRƯỜNG THCS – THPT NGUYỄN KHUYẾN
Người biên soạn:
NGUYỄN THỊ THÙY LINH
Chu trình nitơ là một quá trình mà theo đó nitơ bị biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất hóa học của nó. Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học. Quá trình quan trọng trong chu trình nitơ bao gồm sự cố định nitơ, khoáng hóa, nitrat hóa, và khử nitrat. Thành phần chính của khí quyển [khoảng 78,1%] là nitơ,[1] bởi vậy có thể xem đó là một bể chứa nitơ lớn nhất. Tuy nhiên, nitơ trong khí quyển có những giá trị sử dụng hạn chế đối với sinh vật, dẫn đến việc khan hiếm lượng nitơ có thể sử dụng được đối với một số kiểu hệ sinh thái. Chu trình nitơ là một nhân tố đáng chú ý của các nhà sinh thái học do chúng có thể ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của các quá trình sinh thái chính, như sản lượng thứ cấp và phân hủy. Các hoạt động của con người như đốt nhiên liệu hóa học, sử dụng các loại phân bón nitơ nhân tạo và thải nitơ trong nước thải làm biến đổi đáng kể đến chu trình nitơ trên Trái Đất.
Một nghiên cứu năm 2011 đã đặt ra nghi ngờ đối với mô hình truyền thống của chu trình nitơ như miêu tả bên dưới; nitơ từ các đá cũng có thể là một nguồn cần phải tính đến mà trước đây chưa được đưa vào.[2]
Nitơ là một chất cần thiết cho nhiều quá trình; và là chất chủ yếu của bất kỳ dạng sống nào trên Trái Đất. Nó là thành phần chính trong tất cả amino acid, cũng như liên kết với protein, và có mặt trong các chất cơ bản cấu thành nên các acid nucleic, như DNA và RNA. Trong thực vật, hầu hết nitơ được dùng trong các phân tử chlorophyll, là chất cần thiết cho quá trình quang hợp và sự phát triển về sau của chúng.[3] Mặc dù nitơ trong khí quyển Trái Đất là một nguồn phong phú, tuy nhiên hầu hết chúng không thể được sử dụng trực tiếp bởi các loài thực vật.[4] Quá trình hóa học, hoặc quá trình cố định nitơ tự nhiên là cần thiết để chuyển đổi khí nitơ thành các dạng mà sinh vật có thể sử dụng được, quá trình này làm cho nitơ trở thành một thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất ra thức ăn. Sự phong phú hay khan hiếm lượng nitơ ở dạng đã được cố định này ám chỉ lượng thức ăn nhiều hay ít để hỗ trợ cho sự phát triển của một mảnh đất.
Nitơ trong môi trường tồn tại ở nhiều dạng hóa học khác nhau bao gồm nitơ hữu cơ như amoni [NH4+], nitrit [NO2-], nitrat [NO3-], đinitơ monoxide [N2O], nitric oxide [NO], hoặc nitơ vô cơ như khí nitơ [N2]. Nitơ hữu cơ có thể tồn tại trong các sinh vật sống, đất mùn, hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ. Các quá trình trong chu trình nitơ chuyển đổi nitơ từ một dạng này sang dạng khác. Một số quá trình này được tiến hành bởi các vi khuẩn, qua quá trình đó hoặc để chúng lấy năng lượng hoặc để tích tụ nitơ thành một dạng cần thiết cho sự phát triển của chúng. Sơ đồ bên trên thể hiện cách màn các quá trình này tương thích với nhau để tạo ra chu trình nitơ.
Cố định đạm
Bài chi tiết: Cố định đạm
Đồng hóa nitơ
Thực vật lấy nitơ trong đất bằng cách hấp thụ chúng qua rễ cây ở dạng ion nitrat hoặc amoni. Tất cả nitơ mà động vật tiêu thụ có thể quay ngược trở lại làm thức ăn cho thực vật ở một vài giai đoạn trong chuỗi thức ăn.
Thực vật có thể hấp thụ các ion nitrat hoặc amoni từ đất thông qua lông của rễ, đây là quá trình khử đầu tiên là các ion nitrat và sau đó là các amoni cho việc tổng hợp thành amino acid, nucleic acid, và diệp lục.[3] Trong các loài thực vật có mối quan hệ hỗ sinh với Rhizobia, một vài nitơ được đồng hóa trực tiếp thành dạng các ion amoni từ các nốt. Động vật, nấm, và các sinh vật dị dưỡng khác tiêu thụ nitơ từ việc ăn các amino acid, nucleotide và các phân tử hữu cơ nhỏ khác.
Amoni hóa
Khi thực vật hoặc động vật chết đi thì dạng ban đầu của nitơ là chất hữu cơ. Vi khuẩn hoặc nấm, trong một số trường hợp, chuyển đổi nitơ trong xác của chúng thành amoni [NH4+], quá trình này được gọi là quá trình amoni hóa hay khoáng hóa. Các enzyme liên quan gồm:
- GS: Gln Synthetase [Cytosolic & PLastid]
- GOGAT: Glu 2-oxoglutarate aminotransferase [Ferredoxin & NADH dependent]
- GDH: Glu Dehydrogenase:
- Vai trò phụ trong sự đồng hóa amoni.
- Vai trò quan trọng trong sự dị hóa amino acid.
Nitrat hóa
Bài chi tiết: Nitrat hóa
Quá trình chuyển đổi amoni thành nitrat được tiến hành đầu tiên bởi các vi khuẩn sống trong đất và các loại vi khuẩn nitrat hóa khác. Trong giai đoạn nitrat hóa đầu tiên này, sự oxy hóa amoni [NH4+] được tiến hành bởi các loài vi khuẩn Nitrosomonas, quá trình này chuyển đổi amonia thành nitrit [NO2-]. Các loại vi khuẩn khác như Nitrobacter có nhiệm vụ oxy hóa nitrit thành nitrat [NO3-].[3] Việc biến đổi nitrit thành nitrat là một quá trình quan trọng vì sự tích tụ của nitrit sẽ gây ngộ độc cho thực vật.
Do khả năng hòa tan rất cao nên nitrat có thể di chuyển vào trong nước ngầm. Nồng độ nitrat cao trong nước ngầm là một mối quan tâm đối với nước uống vì nitrat có thể xen vào ngăn cản sự hòa tan của oxy trong máu của trẻ sơ sinh và gây bệnh methemoglobinemia hoặc hội chứng trẻ da xanh.[5] Ở nơi mà nước ngầm bổ cấp cho sông suối, nước ngầm có hàm lượng nitrat cao có thể góp phần vào hiện tượng phú dưỡng, đây là một hiện tượng làm tăng số lượng tảo, đặc biệt là các loài tảo lục và gây chết các loài thủy sinh do chúng tiêu thụ hết lượng oxy trong nước.
Khử nitrat
Bài chi tiết: Khử nitrat
Là quá trình chuyển hoá NO3- thành NH4+, có sự tham gia của Mo và Fe được thực hiện ở mô rễ và mô lá của thực vật diễn ra qua 2 giai đoạn: Giai đoạn1: NO3- được khử thành NO2-, cần có sự tham gia của enzim nitrat reductaza. Giai đoạn 2: NO2- được khử thành NH4+ được xúc tác bởi enzim nitrit reductaza.
Sơ đồ:
NO3- [Nitrat] → NO2− [Nitrit] →NH4+ [Amoni]
oxy hóa amoni kỵ khí
Trong quá trình này, nitrit và amoni bị biến đổi trực tiếp thành khí nitơ. Quá trình này tạo nên phần lớn nitơ trong đại dương.
NH4+ + NO2− → N2 + 2H2O.
- ^ Steven B. Carroll; Steven D. Salt [2004]. Ecology for gardeners. Timber Press. tr. 93. ISBN 9780881926118.
- ^ “Nitrogen Study Could 'Rock' A Plant's World”. ngày 6 tháng 9 năm 2011. Truy cập ngày 22 tháng 10 năm 2011.
- ^ a b c Smil, V [2000]. Cycles of Life. ScientificAmerican Library, New York., 2000]
- ^ Nitrogen: The Essential Element. Nancy M. Trautmann and Keith S. Porter. Center for Environmental Research, Cornell Cooperative Extension
- ^ Vitousek, PM; Aber, J; Howarth, RW; Likens, GE; Matson, PA; Schindler, DW; Schlesinger, WH; Tilman, GD [1997]. “Human Alteration of the Global Nitrogen Cycle: Causes and Consequences”. Issues in Ecology. 1: 1–17.
- [tiếng Việt]Chu trình nitơ
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Chu_trình_nitơ&oldid=66976106”