1. Jaka jest rola fizjologiczna azotu u roślin?
Azot jest niezbędnym dla życia roślin składnikiem pokarmowym, wchodzi w skład białka, a tym samym protoplazmy. Grupą związków azotowych o podstawowym znaczeniu są nukleotydy i kwasy nukleinowe. Kwasy nukleinowe stanowią materiał genetyczny organizmów żywych. Nukleotydy natomiast są nie tylko elementem składowym kwasów nukleinowych lecz również wielu koenzymów i niektórych związków makroergicznych.
Rola azotu polega również na stymulowaniu syntezy i obiegu regulatorów wzrostu i rozwoju roślin: auksyn, giberylin i kwasu abscysynowego. Niektóre alkaloidy czy niektóre aminokwasy niebiałkowe są syntezowane w celu ochrony roślin przed szkodnikami jako substancje szkodliwe i toksyczne.
2. Podać zawartość azotu w roślinach i omówić jego rozmieszczenie w poszczególnych częściach rośliny
Pobrany przez roślinę azot przemieszcza się do tych jej organów, w których intensywnie przebiegają procesy fizjologiczne. Dlatego dużo tego składnika znajduje się w liściach. W późniejszym okresie część azotu ulega przemieszczeniu i w postaci białka zapasowego odkłada się np. w nasionach. Zawartość azotu w roślinach waha się znacznie (0,5 – 4,0 %) w zależności od stopnia zaopatrzenia w azot, wieku rośliny oraz gatunku rośliny.
3. W jakich formach rośliny pobierają azot?
· Rośliny pobierają azot głównie w formie mineralnej – N-NH4 i N-NO3. Przy odczynie obojętnym gleb lepszym źródłem jest N-NH4, przy kwaśnym N-NO3.
· Na pobieranie NH4+ lub NO3- przez rośliny ma też wpływ: obecność w glebie kationów (K+, Ca2+, Mg2+ i anionów (H2PO4-, SO42-, Cl-, stopień natlenienia podłoża, temperatura, wilgotność, zawartość węglowodanów w roślinie, gatunek rośliny.
· Rośliny mogą pobierać też azot w postaci aminokwasów i mocznika; w warunkach naturalnych związki ulegają szybko mineralizacji, tak że rośliny mają do dyspozycji przede wszystkim azot mineralny.
· Rośliny zasadniczo pobierają azot za pośrednictwem korzeni, ale mogą go pobierać też przez liście. W ten sposób zdolne są przyswajać sole amonowe, azotany i mocznik. Wykorzystuje się to w dolistnym dokarmianiu roślin, szczególnie korzystnie działa wówczas mocznik.
· Ilość pobranego N przez rośliny zależy od wielu czynników, przede wszystkim jednak od zawartości w glebie N-NH4 i N-NO3 oraz od gatunku rośliny.
4. Jakim przemianom podlega azot w roślinach?
· Azot pobrany przez korzenie roślin przemieszczany jest w ksylenie od górnych ich części. Prawie wszystek pobrany NH4+ ulega w tkance korzenia asymilacji i rozprowadzany jest w formie aminokwasów. Azoteny natomiast transportowane są w formie niezmienionej do pędów i liści, jednak ilość przewodzonych azotanów zależy od możliwości redukcji NO3- w korzeniach. Azot zatem przewodzony jest w systemie naczyniowym roślin wyższych, głównie w formie azotanów i aminokwasów.
· Rośliny pobierają zarówno azot amonowy, jak i azotanowy, jednak do budowy organicznych związków azotowych może być wykorzystana tylko zredukowana forma azotu. Azot azotanowy musi ulec redukcji do azotu amonowego:
HNO3 + 8H = NH3 + 3H2O;
HNO3 → HNO2 → NH3
· Redukcja azotanów (V) do azotynów (azotanów III) przebiega przy udziale reduktazy azotanowej, enzymu będącego metaloproteidem zawierającym molibden. Przy redukcji azotynów do amoniaku czynny jest enzym zawierający żelazo – reduktaza azotynowa. Redukcja azotanów jest ściśle związana z procesem fotosyntezy i oddychania (uczestniczy w tym ATP).
· Z amoniaku pobranego lub powstałego podczas redukcji azotanów roślina buduje różne organiczne i związki azotowe: aminokwasy, białka, nukleotydy, kwasy nukleinowe, chlorofil, alkaloidy, inne związki.
5. Jakie mogą być konsekwencje wysokiej zawartości N-NO3 w roślinach przeznaczonych na paszę?
Nadmiar azotanów nie jest szkodliwy dla roślin, lecz może obniżać ich wartość pokarmową. Azotany w przewodzie pokarmowym zwierząt mogą ulegać redukcji do azotynów, które powodują przejście hemoglobiny w methemoglobinę, która nie jest zdolna rozprowadzić tlenu w organizmie. Azotyny (azotany III) z aminami drugorzędowymi mogą tworzyć nitrozaminy – substancje rakotwórcze.
6. Omówić wpływ azotu na rozwój i plonowanie roślin
· Azot należy do pierwiastków bardzo silnie wpływających na wzrost i plonowanie roślin. W miarę zwiększania dawek N obserwuje się wzrost masy części nadziemnych, natomiast masa korzeni może nie wzrastać, a często nawet obniża się.
· Reakcja roślin na nawożenie azotem jest tym silniejsza im gleba jest uboższa w azot.
· Duży wpływ na działanie azotu wywiera zaopatrzenie roślin w wodę oraz inne składniki pokarmowe.
· Nadmiar azotu może opóźniać dojrzewanie roślin przedłużając ich wegetację.
· Nadmiar N może powodować wylęganie zbóż, zwłaszcza przy niesprzyjających warunkach atmosferycznych.
· Nawożenie wpływa nie tylko na wysokość plonu, ale i jego jakość.
· Ze wzrostem dawek N uzyskuje się wzrost zawartości białka, lecz udział N-białkowego w N-całkowitym ulega obniżeniu.
· Wysokie dawki N mogą obniżać zawartość albumin i globulin, a zwiększać prolamin. Frakcja globulin ma większą wartość odżywczą ze względu na wyższą zawartość aminokwasów egzogennych niż frakcja prolamin.
· Pod wpływem wysokich dawek azotu spada zawartość lizyny w białku ziarna zbóż.
· Wysoki poziom nawożenia azotem może silnie zwiększać w roślinach udział niebiałkowych frakcji azotu (np. wolne aminokwasy, amidy, azotany).
· Nadmierne gromadzenie się azotanów powoduje zatrucia u ludzi i zwierząt. Szczególnie skłonne do akumulacji azotanów są szpinak, buraki, niektóre trawy, zboża na zielonkę. Próg toksyczności – 0,2 % N-NO3.
· Dobre zaopatrzenie roślin w azot często powoduje wzrost zawartości karotenu i witaminy B1.
· Pod wpływem dużego przyrostu plonu pod wpływem azotu należy liczyć się ze zmniejszeniem zawartości niektórych składników mineralnych w wyniku efektu rozcieńczania.
· Nawożenie N wpływa na wartość technologiczną roślin, np. może zwiększać wartość wypiekową mąki pszennej, zwiększając zawartość glutenu, białka składającego się z prolaminy i gluteiny.
Zbyt wysokie dawki azotu mogą:
· Obniżać zawartość węglowodanów w roślinach, np. skrobi w bulwach ziemniaków, cukru w korzeniach buraków cukrowych.
· Obniżać zawartość tłuszczów w nasionach roślin oleistych.
· Zwiększyć ilość tzw. azotu szkodliwego w korzeniach buraków (niektóre aminokwasy, amidy, betainy itp.), utrudniając przez to krystalizację cukru i obniżając wydajność cukru.
· Sprzyjać rozwojowi niektórych chorób grzybowych (zwłaszcza przy niedostatku P i K), np. rdzy jęczmienia, fuzarozy pszenicy.
7. Podac wymagania pokarmowe ważniejszych roślin uprawnych w stosunku do azotu
burak cukrowy 70-90 miligrama azotu / litr gleby (NO3+NH4)
8. Omówić formy i źródła azotu w glebie
Źródła azotu (N) w glebie
Azot jest specyficznym składnikiem gleby, w skałach magmowych występuje zaledwie w ilościach śladowych w formie NH4+, a jego zapasy w glebach naturalnych prawie całkowicie są wynikiem działalności świata roślinnego i zwierzęcego.
Azot pochodzi:
· z opadów atmosferycznych
· z działalności życiowej mikroorganizmów
wolno żyjących, asymilujących azot
żyjących w symbiozie z roślinami motylkowymi
· z nawozów mineralnych i organicznych
· z rozkładających się resztek roślinnych i zwierzęcych
Związki azotu zawarte w atmosferze głównie w formie amoniaku i tlenków azotu (N2O, NO i NO2) dostają się do gleby wraz z opadami i w postaci aerozoli. Mogą one w formie gazowej ulegać sorbowaniu przez wierzchnią warstwę gleby (tzw. suche osiadanie). W ten sposób wiązany jest przede wszystkim amoniak. Azot zawarty w pyłach wyemitowanych z zakładów przemysłowych i aglomeracji miejskich także traktowany jest jako źródło suchego osiadania.
Azot atmosferyczny N2 jest wiązany przez organizmy glebowe. Liczba bakterii żyjących w glebie mających zdolność wiązania N2 to ponad 150 gatunków. Najbardziej aktywne są bakterie brodawkowe, lecz równie ważną grupę stanowią promieniowce, sinice, jak również niektóre mikrobakterie i drożdże.
Mikroorganizmy niesymbiotyczne wolnożyjące mogą asymilować 10-15 kg N/ha rocznie (Clostridium i Azotobacter). Bakterie brodawkowe Rhizobium wiążą azot atmosferyczny w symbiozie z roślinami motylkowymi. Ilość zasymilowanego azotu zależy od rośliny, sposobu siewu oraz warunków klimatycznych. Bakterie brodawkowe roślin motylkowych uprawianych na zielony nawóz mogą rocznie wnieść do gleby 80-250 kg N/ha.
Biologiczne wiązanie azotu jest najbardziej ekonomicznym sposobem wzbogacania gleb. Ilość N powracająca w ten sposób z atmosfery na ziemię wynosi rocznie ok. 139 mln ton, z czego 65% przypada na bakterie brodawkowe.
Ważnym źródłem azotu w glebie, wpływającym na jego obieg i bilans, są nawozy organiczne i mineralne, których stosowanie przyczynia się do zwiększenia żyzności i produkcyjności gleby. Niewielkie ilości wprowadza się też z materiałem siewnym oraz z resztkami korzeniowymi roślin motylkowych.
Zawartość i formy azotu w glebach
Zawartość azotu w glebie jest ściśle uzależniona od próchnicy (C organicznego). Naturalnie ilość ta zależna jest przede wszystkim od klimatu, roślinności i ukształtowania terenu, w mniejszym zaś stopniu od rodzaju gleby i działalności człowieka. Czynnikami hamującymi aktywność mikrobiologiczną i sprzyjającymi nagromadzeniu w glebie materii organicznej, a tym samym kumulacji azotu są: niska temperatura, nadmiar wody, niskie pH, substancje toksyczne oraz tworzenie się kompleksów metalo-organo-ilastych. Wpływ składu mechanicznego gleby jest również bardzo wyraźny. Gleby drobnoziarniste mają więcej azotu niż gleby gruboziarniste. Decyduje tu wyższa pojemność wodna, mniejsza przepuszczalność i większa zawartość połączeń organiczno – mineralnych. Duża ilość materii organicznej i azotu gromadzi się na łąkach i pastwiskach. Zwłaszcza na glebach cięższych, gdzie są warunki anaerobowe, duża wilgotność oraz słabsza działalność drobnoustrojów. Najwięcej azotu zawierają gleby wytworzone z torfów niskich: od 1-4%. W glebach mineralnych zawartość ta waha się w przedziale 0,02-0,4%. Najbogatsze w azot są czarnoziemy, czarne ziemie i rędziny. Najmniej zawierają go gleby bielicowe. Pośrednie miejsce zajmują gleby brunatne. Podobnie jak zawartość materii organicznej, ilość azotu w glebie zmniejsza się w miarę głębokości.
Formy azotu w glebach
· Nieorganiczne formy azotu (N) w glebie
Azot występuje w glebie w formie związków mineralnych, organicznych i jako azot cząsteczkowy (N2) w powietrzu glebowym. Średnio około 6% ogólnej zawartości N w wierzchniej warstwie gleby stanowią jego nieorganiczne połączenia. Podstawowymi formami tego azotu jest N-NH4+ i N-NO3-.
Sorpcja niewymienna jonu NH4+ w dużym stopniu zależy od składu granulometrycznego i mineralnego gleby. Zdolność gleby do niewymiennego wiązania NH4+ zwiększa się w przypadku naprzemiennego uwilgotniania i wysuszania gleby oraz zamarzania i odtajania. Kwaśny odczyn gleby zmniejsza, a zasadowy zwiększa zdolność gleby do niewymiennej adsorpcji amonu. Wcześniejsze nasycenie gleby jonami K+ ogranicza adsorpcję NH4+. Natomiast jon K+ zastosowany równocześnie z jonem NH4+ nie hamuje jego wiązania. Również amoniak wprowadzony do gleby w formie wody amoniakalnej, amoniaku ciekłego lub nawozów organicznych, które rozkładają się z wydzielaniem NH3, podlega adsorpcji przez organiczne i mineralne składniki gleby. Siła wiązania NH3 jest różna – od łatwo wymiennej jego sorpcji na drodze fizycznej do nieodwracalnego włączenia w skład glebowej materii organicznej.
Najłatwiej dostępną dla roślin formą azotu są nieorganiczne połączenia azotu N-NO3- oraz N-NH4+ wymiennie związane z kompleksem sorpcyjnym i występujące w roztworze glebowym. Zawartość tych form jest niewielka i waha się od kilku do kilkudziesięciu miligramów w 1kg gleby. Podlega znacznym zmianom w ciągu roku zależnie od warunków atmosferycznych, intensywności pobierania przez rośliny oraz wielkości stosowanych dawek nawozów.
Zawartość tych wymiennych form zmniejsza się wraz z głębokością. W naszym klimacie najmniej tych form azotu, zwłaszcza w wierzchniej warstwie, występuje w zimie. Na wiosnę w miarę intensyfikacji mineralizacji materii organicznej ich ilość wzrasta i znowu maleje w lecie, z powodu pobierania przez rośliny, a niekiedy i na wskutek suszy ograniczającej mineralizację materii organicznej. Z kolei ilość przyswajalnych form zwiększa się jesienią, gdy ustaje wzrost roślin a pozostawione resztki roślinne zaczynają ulegać rozkładowi.
· Organiczne formy azotu w glebie
W wierzchniej warstwie gleby zawartość N-organicznego stanowi średnio 94% ogólnej zawartości azotu. Zawartość ta, jak i udział N-ogólnego systematycznie zmniejsza się wraz z głębokością. Azot organiczny stanowi mieszaninę różnych związków, wchodzących w skład biomasy mikroorganizmów, doprowadzonych do gleby resztek roślinnych i nawozów organicznych oraz substancji humusowych. Istnieje ścisły związek miedzy zawartością próchnicy i azotu, co wskazuje na to, że większość azotu glebowego wchodzi w skład specyficznych substancji humusowych, stanowiąc w wierzchniej warstwie ponad 80% ogólnej jego zawartości.
Z rolniczego punktu widzenia najważniejsza jest zawartość azotu bezpośrednio przyswajalnego dla roślin, czyli N-organicznego łatwo ulegającego mineralizacji.
lukin10