Азотные удобрения, состав, свойства, способы получения и условия эффективного применения

Роль азота в питании растений

Азот, один из основных элементов, необходимых для жизни растений. Он входит в состав всех простых и сложных белков, являющихся составной частью цитоплазмы растительных клеток и в состав нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), играющих важную роль в процессе обмена веществ в организме. Он содержится в хлорофилле, фосфатидах, ферментах и других органических веществах растительной клетки.

Основные источники азота для растений - органические и минеральные удобрения, биологический азот, фиксируемый клубеньковыми бактериями, азот, поступающий с атмосферными осадками и семенами. Главные химические соединения, из которых растения усваивают азот - соли азотной кислоты и аммония. Поступившие в растения минеральные формы азота проходят сложный цикл превращений, конечным этапом которых является включение их в состав белковых молекул.

Нитраты и нитриты не способны вступать в реакцию с кетогруппами органических карбоновых кислот и для образования аминокислот они восстанавливаются в тканях растений до аммиака.

Процесс восстановления нитратов до аммиака может быть представлен схемой:

HNO3 HNO2 -> (HNO)2 NH2OH -> NH3

нитрат нитрит гипонитрит гидроксиламин аммиак

Восстановление нитратов до аммиака проходит при участии ферментов металл офлавопротеидов. В этих процессах большую роль играют микроэлементы - молибден, медь, железо, магний, марганец.

Нитратный азот способен накапливаться в растениях, не причиняя им вреда. Аммиак в свободном виде содержится у высших растений в незначительных количествах; чрезмерное накопление его, особенно при недостатке углеводов, ведет к отравлению организма.

Белки синтезируются из аминокислот, которые образуются при взаимодействии аммиака и кетогруппы органических кислот (реакция аминирования), последние образуются в растении при распаде углеводов, в процессе анаэробного дыхания или на первой фазе аэробного. Если растения содержат достаточное количество углеводов - источников органических кислот - то нитраты восстанавливаются до аммиака еще в корнях.

Непосредственному аминированию подвергаются с помощью ферментов кетокарбоновые кислоты - пировиноградная, щавелевоуксусная, а-кетоглутаровая, фумаровая и др. Прямое аминирование кетокислот аммиаком - основной путь синтеза аминокислот в растениях. Реакция первичного построения аминокислот протекает в две фазы. На первой фазе из аммиака и кетокислоты образуются иминокислота и вода, на второй -иминокислота восстанавливается до аминокислоты.

COOH CO CH2 COOH+NH3-H2O -> COOH C=NH CH2 COOH+H2-> щавелево-уксусная кислота иминощавелевоуксусная кислота

-> COOH CHNH2 CH2 COOH аспарагиновая кислота

со сн2сн2соон + nh3- н2о^ coohc=nhch2ch2cooh + н2->

а-кетоглутаровая кислота иминоглутаровая кислота

-> coohchnh2ch2- сн2соон

глютаминовая кислота

Аспарагиновая кислота может также образоваться прямым присоединением аммиака к фумаровой кислоте:

coohch=chcooh+nh3 -> coohchnh2ch2cooh

фумаровая кислота аспарагиновая кислота

Реакция образования кислот прямым аминированием играет большую роль в метаболизме растений. Она указывает на связь углеводного и белкового обмена и имеет широкую основу еще и потому, что аминокислоты способны передавать свои аминные группы другим кетокислотам путем реакций ферментативного переаминирования. Сущность процесса состоит в переносе аминогруппы аминокислоты (донатор) на кетокислоты (акцептор). Например, аспарагиновая и глютаминовая кислоты, передавая аминные группы пировиноградной кислоте, дают аланин:

COOH CHNH2 CH2 COOH + СН3 СО СООН -> аспарагиновая кислота пировиноградная кислота

ch3chnh2cooh + соонсн2сосоон

аланин щавелевоуксусная кислота

coohch2ch2chnh2cooh+ch3cocooh->

глютаминовая кислота пировиноградная кислота

> CH3 CHNH2 COOH+COOH CH2 CH2 CO COOH аланин а-кетоглутаровая кислота

Переаминирование имеет большое значение для синтеза белков, а также для дезаминирования аминокислот. Дезаминирование - это отщепление аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуются аммиак и кетокислота, которая снова используется для переработки в углеводы, жиры и др. вещества; аммиак вступает в реакцию прямого аминирования кетокислот, возникающих из углеводов, и дает аминокислоты. Кроме того, аммиак реагирует с аспарагиновой и глютаминовой кислотами, способными связать еще по одной молекуле, давая амиды аминодикарбоновых кислот.

coohch2chnh2cooh+nh3-h2o -? conh2chnh2ch2cooh+h2o

аспарагиновая кислота аспарагин

+NH3

COOH CH2 CH2 CHNH2 COOH -> COONH2 CH2 CH2 CHNH2 COOH+H2O глютаминовая кислота -H2O глютамин

Весь цикл синтеза органических соединений, азотистых веществ в растениях начинается с аммиака, и распад их завершается его образованием. Это послужило основанием Д.Н.Прянишникову сказать, что «аммиак есть альфа и омега в обмене азотистых веществ у растения».

Поглощение азота растениями и его использование происходит в течение всего периода вегетации, но с неодинаковой интенсивностью по фазам роста и развития.

При прорастании семян расщепляются запасные белки эндосперма, и продукты гидролиза используются для синтеза белков других органов растения. По мере формирования ассимилирующей поверхности и корневой системы азотное питание растений происходит за счет минерального азота почвы. В начальный растения потребляют сравнительно небольшое количество азота, однако недостаток его в этот период отрицательно сказывается на дальнейшем развитии растений. Наиболее интенсивное поглощение азота и его использование происходит в период максимального роста и образования вегетативных органов.

При недостатке азота рост и развитие растений резко ухудшаются. Листья становятся мелкими, светло-зелеными, преждевременно желтеют, такой фотосинтетический аппарат не может продуктивно участвовать в процессе фотосинтеза, что отрицательно сказывается в дальнейшем на формировании урожая, так как ухудшается формирование репродуктивных органов и налив зерна.

При нормальном азотном питании растения образуют мощные листья и стебли с интенсивной зеленой окраской, хорошо растут и кустятся, нормально формируют репродуктивные органы. При избытке азота, особенно во второй половине вегетации, задерживается созревание растений, они формируют большую вегетативную массу.

Общее содержание азота сильно варьирует в различных частях растений. В репродуктивных органах азота содержится больше, чем в вегетативных, и основное количество его (до 90%) находится в белке. Растительные белки содержат в среднем около 16% азота. Качество зерна часто оценивают по показателю «сырой белок», под которым понимается все количество азотистых соединений в растении. Его содержание рассчитывают умножением общего содержания азота на коэффициент 6,25.

Отношение растений к аммиачному и нитратному азоту зависит от реакции среды. Так, при нейтральной реакции среды аммиачные соли растения усваивают лучше, чем нитратные, а при кислой лучше усваиваются нитратные соли. Аммиачное питание улучшается при повышенной концентрации в растворе кальция, магния, калия. При нитратном питании большое значение имеет обеспеченность растений фосфором и молибденом.

Избыток аммиачного азота во время прорастания семян бедных углеводами (свёкла, овощные) резко отрицательно сказывается на растении. Азот не полностью используется и накапливается в тканях, вызывая аммиачное отравление.

При нитратном питании этого не происходит. Отрицательное влияние избыточной концентрации аммиачного азота в растворе наиболее вероятно при внесении азотных удобрений в рядки при посеве. Поэтому для припосевного внесения предпочтительна нитратная форма удобрения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >