Fixação biológica de nitrogênio como funciona

Índice

• Nitrogênio como nutriente vegetal
  • Formas de nitrogênio
• O ciclo de nitrogênio
  • Nitrogênio entrando no solo
  • Nitrogênio que deixa o solo
  • Imobilização de nitrogênio
• Como as bactérias fixam o nitrogênio
• Fixação simbiótica de nitrogênio
  • Formação do nódulo
• Fixação heterotrófica de nitrogênio
• Fixação associativa de nitrogênio
• Como usar culturas de fixação de nitrogênio em rotação
• perguntas frequentes

O nitrogênio é um nutriente essencial que apóia o crescimento das plantas, e a fixação de nitrogênio é que as plantas unidirecionais obtêm para crescer. Bactérias de fixação de nitrogênio no solo tomam gás nitrogênio (N) e transformá-lo em uma forma utilizável para plantas. Essas formas vêm em vários tipos, mas a fixação simbiótica de nitrogênio é a mais comum. Este é o relacionamento que as leguminosas têm com bactérias.

As leguminosas são uma parte importante da rotação de culturas e da construção do solo. Devido ao seu relacionamento com as bactérias fixadoras de nitrogênio, eles adicionam nitrogênio para futuras culturas em uma rotação. Se você está curioso sobre a rotação da colheita, considere ler nosso artigo sobre esse tópico!

Este artigo deve dar uma idéia de nitrogênio como nutriente vegetal, informações sobre dinâmica de nitrogênio e uma compreensão dos tipos de nitrogênio presente no solo. Compreender a fixação biológica de nitrogênio ajuda você a entender as interações plantas-micróbicas. Entender como o nitrogênio fixo funciona também ajuda os jardineiros a entender como utilizar certas plantas em uma rotação.

Nitrogênio como nutriente vegetal

O nitrogênio é um componente crítico do crescimento da planta. Em geral, as plantas precisam de nitrogênio na maior quantidade em comparação com outros nutrientes. Nas plantas, o nitrogênio é usado para clorofila. Clorofila é o que torna as plantas verdes. Reside em cloroplastos fotossintéticos. O nitrogênio é fundamental em aminoácidos, que servem como blocos de construção de proteínas.

Por que os aminoácidos são tão importantes para a fisiologia vegetal? Bem, eles produzem clorofila que se vincula diretamente à fotossíntese. Quando um microorganismo de fixação de nitrogênio tem um relacionamento saudável com uma planta, uma membrana derivada de plantas chamada THYLAKOid Membrane dá aos cloroplastos uma luz de absorção de tempo mais fácil. Melhor absorção de luz leva a uma melhor captação de nutrição de água e planta.

Formas de nitrogênio

Existem várias formas de nitrogênio no mundo das plantas. As duas formas utilizadas por plantas são nitrato e amônio. O nitrato é um composto nitrogênico carregado negativamente composto por um átomo de nitrogênio e três átomos de oxigênio. Um composto carregado positivamente com um átomo de nitrogênio e quatro átomos de hidrogênio formam amônio. Se as plantas têm uma escolha entre nitrato e amônio, elas preferem nitrato. No entanto, ambos são formas aceitáveis ​​para plantas na economia de nitrogênio.

Existem algumas outras formas importantes de nitrogênio envolvidas com plantas e o ciclo de nitrogênio. O gás dinitrogênio representa 78% do ar ao nosso redor. É feito de dois átomos de nitrogênio triplos. Esses laços são extremamente difíceis de quebrar. Outro composto nitrogenado gasoso importante é a amônia. Um nitrogênio e três átomos de hidrogênio formam amônia. Este gás tóxico faz parte do ciclo N e pode se acumular em determinados ambientes agrícolas. Um composto nitrogênico importante final a considerar é o nitrogênio orgânico dissolvido. Esses compostos contendo carbono são ácidos orgânicos encontrados nos solos.

O ciclo de nitrogênio

Antes de entrar na fixação de nitrogênio como um todo, é importante entender o básico do ciclo N. Existem várias partes neste ciclo, e abordaremos o básico em um esforço para dar uma compreensão de como as mudanças de nitrogênio nesse processo. Os componentes do ciclo incluem o solo, a atmosfera e os tecidos vivos. A maneira mais fácil de discutir este tópico é examinar como o nitrogênio entra e sai do solo.

Nitrogênio entrando no solo

O nitrogênio entra no solo por decomposição da matéria orgânica. Isso pode ocorrer quando os jardineiros adicionam composto, organismos em decomposição, decomposição de material vegetal, estrume e outros a seus jardins. Outra maneira é através da fixação de nitrogênio no próprio solo. Esse processo implica bactérias de fixação de nitrogênio específicas que tomam gás dinitrogênio e transformá-lo em formulários que as plantas podem utilizar. Existem três tipos diferentes de fixação de nitrogênio: simbiose de fixação de nitrogênio, fixação heterotrófica e fixação associativa). Todos eles têm a capacidade de quebrar a ligação tripla no gás dinitrogênio e, no processo, depositar nitrogênio no solo.

Nitrogênio que deixa o solo

Denitrificação, volatilização de amônia e lixiviação ou escoamento são as principais maneiras pelas quais o nitrogênio deixa o solo. A desnitrificação é o processo pelo qual o nitrato no solo é transformado em gás por bactérias anaeróbicas. Baixas concentrações de oxigênio criam condições anaeróbicas. Também são necessárias condições de matéria orgânica decomposta, nitrato e temperaturas quentes para desnitrificação. Nesse processo, o gás dinitrogênio e o monóxido de dinitrogênio são liberados no ar como nitrogênio atmosférico.

O monóxido de dinitrogênio (feito de dois nitrogênio e um átomo de oxigênio) é um gás de efeito estufa liberado em uma concentração muito menor do que o gás dinitrogênio, que não é um gás de efeito estufa. Fatores que afetam a quantidade de monóxido de dinitrogênio liberado incluem pH do solo e temperatura.

Outra forma de nitrogênio perdido ocorre através de sua volatilização em gás de amônia. Isso acontece quando os solos estão secos, quentes e têm uma baixa capacidade de troca de cátions - a capacidade do solo de manter íons carregados positivamente. O resultado dessas condições é a aplicação de amônio à superfície do solo.

Um exemplo do processo de volatilização pode ser encontrado na uréia. A uréia é uma forma orgânica comum de n fertilizante usada em todo o mundo e é um subproduto da urina de humanos ou outros animais. Muitas vezes pode levar à volatilização do gás de amônia quando as condições estão certas. À medida que a amônia vaporiza e sobe na atmosfera, deixa o solo sem os compostos de nitrogênio à base de amônia que foram adicionados através da uréia. Pense nisso como se fosse um balão de ar quente que mexeu nosso nitrogênio fora do solo onde pertence!

A lixiviação e o escoamento são duas outras maneiras pelas quais o nitrogênio deixa o solo, especialmente quando se trata de sistemas de cultivo que recebem fertilizantes químicos regulares. Freqüentemente, o nitrogênio não é seqüestrado no solo, especialmente como nitrato. Ele se move facilmente através do perfil do solo e acaba acabando em águas subterrâneas, que flui no subsolo. O nitrogênio acaba em rios, córregos e outros corpos de água.

Esta poluição por nutrientes causa a eutrofização ou um acúmulo de concentração de nutrientes em áreas úmidas e hidrovias. Assim como os fertilizantes nitrogenados promovem o crescimento nas culturas, seu escoamento causa crescimento excessivo de plantas nessas áreas, levando a limites na quantidade de oxigênio disponível para outros organismos.

As zonas mortas são outro resultado do escoamento, à medida que as algas se desenvolvem, removendo o oxigênio da vida selvagem em oceanos.

Imobilização de nitrogênio

Outra coisa importante a considerar com o nitrogênio é a imobilização ou nitrogênio que não está disponível para plantas, principalmente porque o nitrogênio é encontrado nos tecidos das bactérias de vida livre no solo. A imobilização pode ocorrer mais quando o composto e as emendas adicionam muito carbono prontamente disponível. O carbono serve como energia para microrganismos no solo. Esses organismos usam nitrogênio no solo para tecidos e proteínas. Considere isso ao adicionar palha e coberturas de madeira em um jardim. Como são principalmente carbono com pouco nitrogênio, eles podem levar à imobilização.

Os jardineiros precisam adicionar mais fertilizantes n e fixando as plantas no jardim para combater o ciclo de imobilização. O composto também pode levar à imobilização quando não possui a proporção combinada de nitrogênio / carbono correto. Um excesso de nitrogênio na forma de nitrato é marcado por odores emitidos de uma pilha de composto. Para reequilibrar a proporção e promover uma melhor assimilação de amônia, adicione carbono.

Como as bactérias fixam o nitrogênio

N gás é "fixo" no solo por bactérias rizobiais, mas como? As ligações triplas dentro do dinitrogênio são incrivelmente fortes, tornando -as difíceis de quebrar. Esses organismos de fixação de nitrogênio utilizam uma enzima, nitrogenase, para quebrar esse vínculo. A enzima nitrogenase é encontrada em bactérias rizobiais e cianobactérias fixadoras de nitrogênio. O complexo de nitrogenase transforma o dinitrogênio em amônia, depois as reações o transformam em formas utilizáveis ​​para a planta.

Os humanos descobriram como quebrar esse título triplo no início do século XX através do processo de Haber Bosch. Esse método industrializado de tomar gás nitrogênio atmosférico e transformá -lo em formas utilizáveis ​​para plantas aliviava a tensão de adquirir fertilizantes de nitrogenados. Portanto, os fertilizantes feitos com esse processo vêm de compostos inorgânicos e não podem ser usados ​​em fazendas orgânicas certificadas.

Fixação simbiótica de nitrogênio

A forma mais comum de fixação é a fixação simbiótica de nitrogênio. Este é o relacionamento que as leguminosas e as plantas actinorhizais têm com bactérias fixadoras de nitrogênio no solo. As culturas que suportam bactérias N-Fixing incluem feijões, ervilhas, amendoins, trevo, ervilhha, alfafa e trevas. Algumas outras espécies são leguminosas, mas incluem algumas árvores e arbustos.

A maioria das plantas terrestres não tem essa simbiose com bactérias. Essas plantas hospedeiras formam nódulos de raiz que contêm microorganismos de fixação de nitrogênio, incluindo rizobactérias que promotam o crescimento de plantas. As relações simbióticas beneficiam ambas. Quando você aplica n fertilizante, esses nódulos não se formam porque as plantas não precisam da ajuda de bactérias fixadoras de nitrogênio para fornecer nitrogênio para plantar mitocôndrias.

Cada espécie de leguminosa difere no nível de nodulação e eficiência. Feijões comuns como feijão verde não são tão bons quanto leguminosas de grãos como amendoim, feijão e soja. As plantas perenes são ainda melhores em afixar nitrogênio. Essas culturas incluem trevos e alfafa. Existem muitas opções para essas plantas que afixam nitrogênio.

Formação do nódulo

Culturas diferentes têm nódulos de formato diferente. O processo de formação de nódulos é na verdade uma infecção de bactérias N-Fixing. As culturas anuais têm nódulos do tamanho de ervilhas, enquanto as plantas perenes têm mais nódulos alongados. Mas como esses nódulos se formam? Primeiro, as bactérias associadas a plantas invade o hospedeiro da planta. Bactérias que vivem no solo entram nas células vegetais, residindo dentro do córtex radicular. As bactérias permanecem dentro da região intracelular dos tecidos vegetais, eventualmente formando os nódulos que você vê.

Eu recomendo jardineiros que entre no jardim e puxem uma planta madura de fixação de nitrogênio. Você verá esses nódulos. Corte um para ver o interior. Nódulos ativos parecem vermelhos por dentro por causa de um composto semelhante à hemoglobina no sangue humano.

Fixação heterotrófica de nitrogênio

As bactérias heterotróficas de fixação de nitrogênio são diferentes de simbióticas. Eles não têm um relacionamento com as plantas para obter carbono e outros compostos de que precisam. Em vez disso, eles apóiam a fixação de nitrogênio passivamente, consumindo a matéria em decomposição no solo.

Este estudo realizado por Eckford e uma equipe de pesquisadores identificou várias bactérias heterotróficas em solos antárticos que contêm combustíveis de hidrocarbonetos. O estudo também enfatiza que a fixação de nitrogênio ocorre em solos em todo o mundo.

Essas bactérias ganham energia consumindo outros compostos no solo, tornando -os heterotróficos. Os seres humanos são heterotróficos porque devemos produzir e consumir alimentos para sobreviver. Plantas, algas e outros organismos fotossintéticos ou quimiossintéticos são autotróficos porque podem produzir o alimento necessário para a sobrevivência dentro de si mesma.

Fixação associativa de nitrogênio

A fixação associativa é semelhante aos outros tipos no sentido de que o gás dinitrogênio é fixado no solo, mas em um relacionamento casual com as plantas. Enquanto a simbiose envolve bactérias que vivem em tecidos vegetais, a associação refere -se a bactérias dentro do microbioma da planta. São bactérias do solo de vida livre que não dependem de plantas para fazer seu trabalho.

Neste estudo, Roley e outros examinaram o potencial relacionamento que as bactérias têm com o SwitchGrass. Eles descobriram que a grama perene muitas vezes não respondia ao fertilizante nitrogenado. Eles examinaram o solo ao redor das raízes para ver a atividade de bactérias. Eles descobriram que essa colheita se beneficia de bactérias no solo tendo uma associação com a planta para fornecer nitrogênio enquanto recebe carbono do ambiente circundante.

Como usar culturas de fixação de nitrogênio em rotação

A melhor maneira de usar plantas de fixação de nitrogênio é incluí-las em uma rotação. As culturas alimentares usam quantidades variadas de nitrogênio. A maioria são alimentadores de nitrogênio pesados, como milho doce, abóboras, abóbora e pimentão. A maioria das plantas dentro do jardim e na fazenda se beneficia dos fixadores de nitrogênio rotativos. A fixação de nitrogênio ocorre quando os jardineiros plantam espécies de plantas que fixam nitrogênio antes de plantar alimentadores pesados. Fazer isso ao lado de culturas anuais também pode ser benéfico para o solo vegetal.

As leguminosas de interação com as outras culturas podem beneficiar as duas plantas. É importante observar que as plantas de fixação de nitrogênio fornecerão apenas muito nitrogênio a outras plantas quando estiverem vivas. Ainda é benéfico plantá -los juntos, mas os nódulos de leguminosas podem não ser capazes de fornecer todo o nitrogênio a outra colheita, como pimentão ou tomate.

Ao usar fixadores de nitrogênio antes dos alimentadores pesados, lembre-se de que as raízes da planta (e os tecidos acima do solo) devem permanecer no jardim. A remoção das plantas levará essencialmente o nitrogênio fixo feito por bactérias. Portanto, cortar e cair ou cortar um fixador de nitrogênio no final de sua vida será mais benéfico do que puxá -lo pela raiz.

Considere escolher as culturas que têm a capacidade de fornecer mais nitrogênio fixo. Os feijões comuns fornecem uma fixação de nitrogênio menos adequada do que algo como soja ou amendoim. Embora os cereais fixadores de nitrogênio, como a soja, não sejam normalmente usados ​​no jardim, incluindo edamame, fava ou amendoim, podem beneficiar o solo. Também incluindo culturas de cereais e plantas sem genes de fixação de nitrogênio em geral na rotação pode ajudar a construir matéria orgânica e beneficiar o jardim.

perguntas frequentes

P: O que são plantas de fixação de nitrogênio?

R: Plantas de fixação de nitrogênio são aquelas que atuam como uma planta hospedeira para tipos específicos de bactérias. A própria planta hospedeira não está consertando o nitrogênio. Em vez disso, as bactérias estão em uma relação simbiótica com as espécies vegetais.

P: O que as árvores consertam o nitrogênio?

R: Existem muitas espécies de árvore conhecidas por afixar nitrogênio. Alguns deles incluem azeitona de outono, gafanhoto preto, Redbud Eastern e Alder.

P: Quais vegetais são fixadores de nitrogênio?

R: Os feijões comuns afixam nitrogênio (embora não tão efetivamente quanto outros). As plantas comuns incluem feijão verde, feijão preto e feijão. Bem como ervilhas como açúcar e ervilhas. Novamente, se você deseja adicionar quantidades adequadas de nitrogênio ao solo, incluindo melhores culturas como amendoins ou edamame, pode ser uma boa opção. Edamame é semelhante à soja de grãos e faz um trabalho melhor de afixar nitrogênio do que os feijões comuns. A maioria dos outros vegetais, como tomate, pimenta, milho, berinjela e abóbora, não são fixadores de nitrogênio.

P: O que as flores corrigem o nitrogênio?

R: Lupin é a flor mais notável que fixa nitrogênio. Os feijões de jacinto são leguminosas que produzem lindas flores. Eles são frequentemente usados ​​como plantas ornamentais.

P: Quais plantas corrigem mais nitrogênio?

R: legumes perenes como alfafa e trevo têm o potencial de consertar mais nitrogênio. No entanto, plantas de leguminosas de grãos como amendoim, feijão fava, soja e feijão também fazem um bom trabalho de afixar nitrogênio. Feijão comum como feijão verde e feijão seco não é tão bom em consertar nitrogênio.