Значение азота в питании растений.
Азот — наиболее важный элемент не только в жизни растений, но и всего органического мира, начиная от вирусов и простейших микроорганизмов и кончая высокоорганизованными животными и человеком. Хотя азот содержится в растениях в сравнительно небольших количествах (0,5—4% сухого вещества), он представляет собой важнейший биологический элемент, так как является обязательной составной частью всех белков и аминокислот, нуклеиновых кислот, хлорофилла, алкалоидов, фосфатидов, многих витаминов, гликозидов, гормонов и других биологически активных соединений. Все ферменты, катализирующие процессы обмена веществ в растениях,— белковые вещества, поэтому недостаточное снабжение растений азотом ослабляет образование белков-ферментов. Это приводит к замедлению процессов биосинтеза, обмена всех групп химических соединений и резкому ослаблению интенсивности фотосинтеза — основного процесса, в результате которого возможна жизнь всех растений, животных и человека на Земле. Уникальное значение азота определяется также и тем, что без него невозможно построение белков и нуклеиновых кислот, определяющих передачу наследственной информации во всех живых организмах.
Эффективность азотного питания обусловливается формами азотных соединений и условиями их применения. В нейтральной среде обычно лучше проявляется действие аммиачного азота, чем нитратного. Калий и натрий способствуют большему поглощению нитратов, кальций и магний обеспечивают лучшее усвоение аммиака растениями. Для синтеза органических веществ растения используют аммиачный азот быстрее, чем азот нитратов. Преимущество аммиачного питания по сравнению с нитратным в том, что аммиачный азот стоит ближе к продуктам синтеза азотсодержащих веществ в растениях. Для синтеза аминокислот требуется восстановленная форма азота. Нитраты, прежде чем стать непосредственными продуктами синтеза аминокислот и белков, должны быть восстановлены внутри растений до аммиачного азота. При наличии достаточного количества углеводов в растениях нитраты восстанавливаются уже в корнях.
Процесс ферментативного восстановления нитратов в растениях идет благодаря окислению углеводов. Нитраты восстанавливаются до аммиака с помощью ферментов, которые представляют собой металлофлавопротеиды. Для них необходимы такие элементы, как молибден, медь, железо, марганец, особенно важен молибден.
Аммиачный азот, поступивший в растения или образовавшийся в них в результате восстановления нитратов и нитритов, не накапливается в них.
Накопление аммиачного азота может вредить растениям только в молодом возрасте.
В жизни растения большую роль играет процесс образования аминокислот прямым аминированием кетокислот. Аминокислоты способны передавать свои аминные группы кетокислотам; в этом случае протекает реакция переаминирования, т. е. аминогруппа аминокислот переходит в кетокислоту и в результате образуются аминокислоты. Переаминирование особенно важно для синтеза белков, а также для процесса дезаминирования аминокислот, когда идет образование кетокислот и аммиака.
Полученные таким образом кетокислоты в растениях участвуют в образовании углеводов, жиров и других веществ. Аммиак принимает участие в образовании аминокислот в результате прямого аминирования кетокислот, которые получаются из углеводов. Кроме того, из аммиака образуются амиды аминодикарбоновых кислот — аспарагин и глютамин. В результате этого процесса происходит обезвреживание аммиака при обильном аммиачном питании и при недостатке в растениях углеводов, а также при его накоплении в процессе дезаминирования аминокислот.
В отдельных растениях (щавель, осока, хвощь и др.), в которых накапливается значительное количество органических кислот, аммиак может обезвреживаться благодаря образованию аммонийных солей. Например, взаимодействие аммиака со щавелевой кислотой дает щавелевокислый аммоний. Кроме того, возможно обезвреживание аммиака при образовании в растительных тканях мочевины.
Наряду с синтезом белков в растениях идут процессы их распада через аминокислоты до аммиака. Таким образом, с одной стороны, аммиак, поглощенный растением или образовавшийся в результате восстановления нитратов, служит первичным исходным материалом для синтеза белков, с другой стороны, — конечным продуктом распада белков.
Процессы азотного обмена веществ происходят в течение всего роста и развития растений. Характер их зависит от вида и возраста растений, условий среды, в частности условий питания, и других факторов. В молодых растениях синтез белков значительно преобладает над их распадом.
Исследования, осуществленные с помощью изотопа 15N, показали, что в молодых растениях азот белка обновлялся полностью всего за три дня, а в старых листьях обновлялось лишь около 12% белкового азота за 12 дней.
Отношение растений к аммиачному и нитратному питанию зависит от их обеспеченности углеводами. Растения, которые содержат малый запас углеводов в семенах, например свекла, значительно хуже переносят избыток аммиака, чем нитратов. Картофель, в клубнях которого большой запас углеводов, способен переносить высокие дозы аммиака. Таким образом, для нормального роста и развития растений требуются определенные условия их питания как нитратным, так и аммиачным азотом.
В растения азот поступает неравномерно. В ранние фазы развития растения характеризуются высоким содержанием азота.
В этот период они особенно требовательны к условиям минерального питания. Биологические особенности отдельных растений определяет характер поступления в них питательных элементов. Величина усвоения азота растениями зависит от формы удобрений, температуры, влажности почвы, показателя рН и других условий, но, как правило, не превышает 30—50% (по средним показателям полевых опытов с 15N).