ĐỊA nghĩa là đất, môi trường; HÓA là quá trình biến đổi, biến hóa của các chất từ dạng này sang dạng khác. Như vậy Chu trình sinh địa hóa là sự biến đổi của các chất từ Quần xã vào môi trường và từ môi trường ra Quần xã.
1. Định nghĩa: Là quá trình trao đổi các chất trong tự nhiên, trong đó các chất từ môi trường ngoài vào cơ thể sinh vật, qua các bậc dinh dưỡng của chuỗi thức ăn rồi trở lại môi trường.
2. Một số chu trình sinh địa hóa: Để phân tích được mỗi chu trình sinh địa hoá cần trả lời được 4 câu hỏi sau:
1) Trạng thái tồn tại, sự biến đổi của các chất trong môi trường như thế nào?
2) Các chất vào quần xã như thế nào?
3) Các chất được vận chuyển trong quần xã như thế nào?
4) Các chất trở lại môi trường như thế nào?
Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4) Th.s Tô Nguyên Cương
Hình 23.10. Chu trình sinh địa hóa Carbon(Nguồn:
internet) Hình 23.11. Chu trình sinh địa hóa
nước(Nguồn: internet)
Hình 23.12. Chu trình sinh địa hóa nitrogenous (Nguồn: internet)
Hình 23.13. Chu trình sinh địa hóa phospho (Nguồn: internet)
Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4) Th.s Tô Nguyên Cương
NỘI DUNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ NITROGEN CẦN BIẾT
(Tô Nguyên Cương – 2012)
Vì sao cha ông ta trước đây nói:
“Lúa chiêm lấp ló đầu bờ Bỗng nghe tiếng sấm phất cờ mà lên”.
Vì sao sau những trận mưa có sấm, sét cây cối lại tốt tươi ? Ngược lại khi thiếu nitrogen thì thực vật sẽ như thế nào ?
Vì sao địa y lại có thẻ sống được ở những nơi nghèo chất dinh dưỡng nhất mà vẫn có đủ nitrogen để sinh trưởng phát triển? Vậy địa y đã lấy nitrogen ở đâu?
Vì sao người ta dùng cây họ đậu để cải tạo đất trồng ?
1. Vai trò của nitrogen:
a. Vai trò cấu trúc: Cấu tạo nên:
- Các chất hữu cơ (protein, acid nucleic, diệp lục) – thành phần cấu trúc nên tế bào.
- Các chất xúc tác (enzyme, coenzyme).
- Các chất giàu năng lượng (ATP).
b. Vai trò sinh lý: Điều tiết thông qua:
- Các quá trình trao đổi chất trong cơ thể thực vật (enzyme, coenzyme, ATP xúc tác).
- Việc cung cấp năng lượng (ATP).
- Trạng thái ngậm nước của các phân tử protein trong tế bào chất.
Giúp cây sinh trưởng, phát triển bình thường.
2. Nguồn cung cấp nitrogen tự nhiên
a. Nitrogen trong không khí: Được cố định theo hai con đường:
* Vật lý-hoá học: (10-15 kg/ha) Sự phóng điện trong cơn giông đã oxy hoá N2 thành nitrate.
N2 + O2 → 2NO + O2 → 2NO2 + H2O + O2 → HNO3 → H+ + NO3-
* Sinh học: (150-200 kg/ha) Nhờ các nhóm VK tự do tổng hợp được enzyme nitrogenase và cộng sinh thực hiện trong điều kiện kị khí.
+ VK sống tự do: Cyanobacteria, Azotobacter, Clostridium, Anabaena, Nostoc, …) + VK cộng sinh: VK thuộc chi Rhizobium trong nốt sần rễ cây họ Đậu; Anabaena azollae
trong bèo hoa dâu
Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4) Th.s Tô Nguyên Cương
b. Nitrogen trong đất: Được cố định theo 2 con đường:
* Nitrogen khoáng trong muối khoáng: được giữ lại, ít bị rửa trôi do mang điện dương.
* Nitrogen hữu cơ trong xác sinh vật: Thực vật không trực tiếp hấp thụ được:
- Quá trình khoáng hóa: Protein → Polypeptide → acid amine → -NH2 → NH3. - Quá trình amone hóa: HCHC chứa nitrogen RNH2 + CO2 + Phụ phẩm
RNH2 + H2O NH3 +ROH (VK hóa hợp Nitrosomonas) NH3 + H2O NH4+ + OH- (VK hóa hợp Nitrobacter) - Quá trình nitrate hóa:
Chú ý: Quá trình phản nitrat hóa: Nitrate N2 mất cân bằng nitrogen. Do sinh vật kị khí.
cần làm cho đất tơi xốp, tăng pH của đất.
* Nguồn nitrogen con người trả lại cho đất sau mỗi vụ thu hoạch bằng phân bón.
Khi thu hoạch 250-300 tạ/ha khoai tây, con người đã lấy đi khoảng 100kg nitrogen.
3. Quá trình sử dụng nitrogen trong mô thực vật
Rễ hấp thu trực tiếp từ ngoài vào trong TB ở 2 dạng: và . Quá trình 2 dạng ion khoáng và được sử dụng trong mô để tổng hợp nên các hchc gồm 2 giai đoạn:
a. Giai đoạn khử nitrate:
Với sự tham gia của enzyme khử (reductase) và được hoạt hóa bởi Mo, Fe.
Kết thúc giai đoạn này sản phẩm cuối cùng là Bón nước giải rất tốt cho cây trồng.
b. Giai đoạn đồng hoá: Gồm 4 phản ứng, chia thành 2 con đường đồng hoá:
* Amine hoá ceto acid:
HOOC-CH2-CH2-CO-COOH + NH4+ + H+ → HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH + H2O CH3-CO-COOH + NH4+ + H+ → CH3-CH(NH2)-COOH + H2O
HOOC-CH2-CO-COOH + NH4+ + H+ → HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH + H2O
* Amine hoá các acid hữu cơ chưa no:
HOOC-CH=CH-COOH + NH4+ → HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH + H+ c. Chuyển vị hình thành các loại acid amine: Từ các acid amine ở giai đoạn đồng hóa, thông qua quá trình chuyển vị acid amine sẽ tạo thành 20 loại acid amine trong mô thực vật:
R1-CO-COOH + R2-CH(NH2)-COOH → R2-CO-COOH + R1-CH(NH2)-COOH VD: Acid glutamic + acid pyruvic → Alanine + Acid -cetoglutaric.
Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4) Th.s Tô Nguyên Cương
d. Giai đoạn dự trữ: Với những acid amine có nhiều hơn 1 nhóm carboxyl.
* Hình thành amone:
HOOC-COOH + NH4+ → HOOC-COONH4 + H+ (oxalic acid) (Muối Amoni oxalate)
* Tạo thành amid: Với các diacid amid
HOOC-(CH2)2-CH(NH2)-COOH + NH4+ → H2NCO-(CH2)2-CH(NH2)-COOH + H+ Acid glutamic Glutamin
HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH + NH4+ → H2NCO-CH2-CH(NH2)-COOH + H+ Acid aspartic Asparagin.
Ý nghĩa:
- Là cách giải độc tốt nhất khi NH3 bị tích luỹ trong cây.
- Amid là nguồn dự trữ cho các quá trình tổng hợp các acid amine khi cần thiết.
4. Vận dụng: Bón phân hợp lý để: Tăng năng suất + Bảo vệ môi trường.
a. Nguyên tắc bón:
Bón đúng loại, đủ số lượng, đủ thành phần, đúng cách với từng loại cây trồng, với từng loại đất ở từng thời điểm.
b. Phương pháp bón:
* Bón lót.
* Bón thúc:
- Bón phân qua rễ: (Bón vào đất).
- Bón qua lá.
Vượt đích môn Sinh học – Tập 1 (LT6.4) Th.s Tô Nguyên Cương