3. Vai trò sinh lý của nguyên tố nitơ và sự đồng hóa nó
3.3. Quá trình cố định nitơ phân tử
Trong khí quyển, nitơ tồn tại ở thể khí (N2) với khoảng 70% về thể tích không khí. Sống trong một “đại dương” nitơ thế nhưng cây thường xuyên đói nitơ bởi cây xanh không thể sử dụng trực tiếp dạng N2 này được. Chỉ một số ít thực vật bậc thấp (tảo, vi khuẩn lam) có khả năng đồng hoá, biến đổi N2 thành các hợp chất sống. Thực vật bậc cao chỉ có thể đồng hoá N2 từ khí quyển gián tiếp thông qua vi sinh vật, biến đổi N2
thành NH4+ (dạng cây dễ sử dụng).
+ Cố định Nitơ không cộng sinh:
Được tiến hành bởi một số vi sinh vật sống tự do trong đất theo phương trình:
Là quá trình cố định N2 trong một số loài thuộc các chi Clostridium, Azotobacter, Pseudomonas, Cyanobacteria…
Hiện nay, bèo hoa dâu, một số loài tảo lục được sử dụng như là nguồn Nitơ sinh học quý giá cho đồng ruộng.
+ Cố định N2 cộng sinh:
+ Các nhóm vi khuẩn cố định N2 cộng sinh: 3 nhóm
- Rhizobium: Cộng sinh với cây họ Đậu
- Actinomyces: Cộng sinh với họ Hoa hồng, Cà… - Cyanobacterium: Cộng sinh với bèo hoa dâu, nấm…
+ Sự xâm nhiễm của vi khuẩn và sự hình thành nốt sần:
Đây là quá trình phức tạp: các vi khuẩn tập trung ở vùng chóp rẽ. Nơi đây, rễ tiết flavonoit, xem như thu hút, hấp dẫn vi khuẩn. Thành các tế bào vùng rễ này có lactin - những protein có điểm gắn đặc hiệu với các polysaccarit. Khi lectin kết hợp với polysaccarit của vi khuẩn, các lông hút bắt đầu sinh trưởng sẽ co lại, gói các vi khuẩn vào trong, hình thành các túi nhiễm.
Do ảnh hưởng của ADN ở vi khuẩn, xảy ra sự đa bội hoá các tế bào nhu mô vỏ rễ thành tứ bội. Sau 3 – 4 ngày vi khuẩn xâm nhập, nốt sần hình thành. Sau 6 ngày, hình thành hệ dẫn từ nốt sần đến xylem trung trụ.
+ Cơ chế cố định Nitơ phân tử:
Xảy ra tại các Bacteriot (không bào chứa các vi khuẩn bên trong). Trong này có enzym nitrogenase xúc tác phản ứng biến đổi N2 NH3. NH3 sẽ tham gia tạo thành các hợp chất hữu cơ và tham gia các quá trình trao đổi chất. Ngược lại, cây chủ sẽ cung cấp cho các bacteriot gluxit, năng lượng và cơ chế bảo vệ sự cố định N2.
Quá trình biến đổi có thể thực hiện theo hai con đường: oxy hoá và khử
Con đường khử Con đường OXH NH=NH N≡N NH2−NH2 +2H+ +2H+ +2H2O +H2O
+8H+ +2H+ Axit amin Oxim 2NH2OH N2O (HNO)2 2NH3 +4H+ +1/2O2
Hình 3.2. Sơ đồ giả thuyết về các con đường của quá trình cố định N2
Theo quan điểm khác: Quá trình cố định N2 NH3 (đạm sinh học): gồm các bước sau:
1. [Fe-Mo] dạng oxy hoá chuyển thành dạng khử ([Fe-Mo]H2)
2. N2 thay thế H2 trong [Fe-Mo]H2 tạo thành [Fe-Mo]N2.
3. N2 nhận e và H+ tạo thành dạng [Fe-Mo] - N = NH.
4. [Fe-Mo]- N = NH nhận e và H+ tạo thành dạng [Fe-Mo] =N - NH2
5. [Fe-Mo] = N - NH2 nhận e và H+ tạo thành NH3 và [Fe-Mo] =N.
Về đầu trang