Sau carbon, N là chất dinh dưỡng quan trọng góp phần vào sự sản xuất sinh khối của vi tảo. N được cung cấp chủ yếu như NO3-, nhưng thường NH4+ và urê cũng được sử dụng. Một số hợp chất N hữu cơ (hypoxanthine, lysine, guanine…) cũng được sử dụng bởi tảo (Richmond, 2004).
Nitrogen là thành phần của acid amin, nucleotide, hormone, coenzyme,…Thiếu N, sườn carbon không được dùng cho sự tổng hợp các hợp chất N (tỷ lệ C/N cao) (Bùi Trang Việt, 2000).
Nitrogen chiếm từ 1 – 10% trọng lượng khô của tế bào tảo. Khả năng cố định N chỉ có ở tảo prokaryote, trong khi hầu hết tảo có thể sử dụng N dưới dạng NO3- và NH4+ (Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền, 1999).
Các dạng N được hấp thu bởi thực vật có ảnh hưởng đến nhiều quá trình sinh lý bao gồm quá trình đồng hóa N, sự cân bằng cation - anion, quá trình quang hợp, hô hấp, trao đổi nước và quá trình biến dưỡng thứ cấp. NO3-, nói chung là nguồn ưa
Hình 1.7: Con đường đồng hóa nitrogen vô cơởChlamydomonas (A) (Stern, 2009) và chu trình GS/GOGAT (B) (Lea et al., 1992).
thích đối với sự tăng trưởng của cây trồng. Trong khi, NH4+ có thể gây độc đối với sự tăng trưởng của nhiều loài thực vật nếu như hấp thụ như một nguồn N duy nhất (Roosta et al., 2009).
Dinh dưỡng N đóng vai trò quyết định trong việc xác định hiệu suất quang hợp. Các thành phần của hệ thống thu nhận ánh sáng và chuỗi vận chuyển điện tử thường cho thấy sựđáp ứng tương ứng với dinh dưỡng N. Tuy nhiên, ở hầu hết các nghiên cứu đã cho thấy có những thay đổi không tương ứng ở enzyme Rubisco đểđáp ứng với sự bổ sung N. Các thành phần chứa N có nhiệm vụ quang hợp là: phức hợp Chl- protein thu nhận ánh sáng, phức hợp màng vận chuyển điện tử và phosphoryl hóa, các enzyme của con đường RPP (Reductive Pentose Phosphate) và sinh tổng hợp carbohydrate, enzyme Rubisco (Foyer and Noctor, 2002).
Ở thực vật phù du nước mặn, đáp ứng điển hình nhất đối với giới hạn N là sự thay đổi màu sắc của tế bào (giảm hàm lượng diệp lục tố và tăng hàm lượng carotenoid), tích lũy các hợp chất carbon hữu cơ như polysaccharide và một số loại dầu (PUFA). Đồng thời, N cũng ảnh hưởng lên quang hợp vì giảm hiệu quả thu nhận năng lượng do mất diệp lục tố a. N cũng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình biến đổi năng lượng quang hóa vì giảm sinh tổng hợp protein. Điều này có thể ảnh hưởng lên các protein của lục lạp (như các protein của trung tâm phản ứng PSI và PSII) hơn là các protein tế bào chất (Berges et al., 1996).
Nitrate không chỉ là chất dinh dưỡng mà còn là tín hiệu ở thực vật. NO3- cảm ứng sự biểu hiện gene của các enzyme cho quá trình biến dưỡng của chính nó. Các enzyme được cảm ứng bởi NO3- là nitrate reductases, nitrite reductases, các chất vận chuyển nitrate, glutamine synthetase, glutamate synthetase, ferrodoxin và ferredoxin NADP+ reductase (Foyer and Noctor, 2002).
Trong nhiều nghiên cứu cho thấy, NH4+ ảnh hưởng lên sự biến dưỡng NO3- của tảo nước mặn. NH4+được xem là nguồn N ưa thích đối với hầu hết các loài thực vật phù du nước mặn cũng nhưức chế quá trình sử dụng NO3-. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, NH4+ ít hoặc không ảnh hưởng lên sự hấp thu NO3- và trong một số
trường hợp khác, NH4+ còn tăng cường sự hấp thu NO3- (Varela and Harrison, 1999). Ngoài ra, sự cung cấp NO3- (hoặc K+) nồng độ cao giúp làm giảm tính độc của NH4+ (Kotsiras et al., 2002).