浅谈蛋白质中氮元素对植物的营养作用

抚州师专学报(自然科学版)178第4期年9浅谈蛋白质中氮元素对植物的营养作用钟德英植物的营养、、,包含有两个方面的内容。、、、:一是植物生活环境所必须的外界元素,,二是植物休内细胞所含的组成元素植物体内的组成元素碳氢氧含量较少的有铁锰铜锌那,、含量较高的有氮相和氯等、、。、磷、钾、钙、镁、硫。、由此可见、,氮无素是植物生殖。生长不可缺少的主要元素之一蛋白质可为植物提供氮、。碳)、氢、氧、硫、磷。铁锌、铜铂……等元素,其中蛋白,0质类化合物中的氮约占土壤全氮量的2故又称之为氮基酸类化合物—0%5,(大多数蛋白质经水解后产生氮基酸土壤中的氨基酸是由生物残体中的蛋白质人体吃用植物创造的蛋白质或者人体吃用以以后,植物为食的动物所产生的蛋白质在土壤中,,经过分解代谢,成为含氮物质回到土壤和空气中。。从有机态氮转化为无机态氮的矿化过程是氮素形态转化中最基本的环节,。矿化过程中最先产生的无机氮蛋白质逐步水解Re,一般以氨为主,然后再转化为亚硝态氮和硝态氮,最初产生长链的陈,而后继续裂解为肤最后才产生游离的氮基酸。从氨基酸分解为氨的过程可由不同途径进行H:oH:CooH十o鲤ReHoHeooH十NHReHNH:eooH+H:塑:ReH:CooH+NH,RCHNH:COOH+0RCOOH,+CO:+NH3可见,氨化过程既可以由水解作用产生。也可以由氧化或还原作用产生5℃2,。氮化作用主要由氮化细菌进行影响氨化细菌活动的外界条件主要为温度、湿度和酸),度.氮化细菌的最适温度是20℃以下、性至5高至40℃,氮化作用仍然可以进行—5℃(北方为230—一般而言。南方为30,在30℃以下—5℃3,但即使氨化作用是随本文收稿日期一九八七年十月四日.盯.普温度的升高而增强的。氨化细菌所需的H值较不严p格,但在中性条件下最为活跃。过酸或过碱均对氨化细菌的活动有所抑制。土壤的湿度和通气条件对氨化作用有一定的影响。水分过多影响通气或水分不足而过于干燥影响氨化细菌的活动。一般在土壤含水量为最大持水量的60%左右时最适宜。湿度过高或过低均有抑制作用(水田土壤中的氨化作用有其特殊性)。蛋白质类化合物的分子结构较易解离,有利于氨化作用的进行。但蛋白灰和粘土矿物、二二氧化物等结合后,其分解率就大大降低。由氨态氮转化为硝态氮的氧化过程总称为硝化作用。硝化作用可以通过纯化学的过程、光化学过程或生物过程完成。但纯化学或光化学的过程都需要一定的条件,如较高的温度、压力和特殊的催化剂。而这些条件在土壤中都是难以实现的。一般认为土壤中的硝化过程主要是由微生物进行的。非生物的硝化过程即使存在的话,其数量也是微不足道的。由微生物进行的硝化作用,一般是由好气性自养细菌完成,硝化过程分为两个阶段进行:第一步由亚硝酸细菌把氨态氮氧化为亚硝态氮。,NH3古兰e一二NH:OH2H八、、、,,,二二l,,宜一1气jl、吕1丫L声」1一`知2轻氨连二亚硝酸消化作用的第二步是由硝化细菌把亚硝酸盐氧化为硝酸盐:,、八~、八二、一2111、LJ,H,O_,甘,二、了八少、丈11、气少~以七声1、气气J11—一一二卜-一一一,,硝化作用是由一类好气性微生物进行的,因此必须以良好的通气条件为前提。从氨态氮转化为稍杰氨,一般要求Eh值在40omv左右,较之铁、硫所需的Eh值高得多。如果Eh值不很高,则朋使形成了硝态氮,也得很快被还原。一般早地土壤的Eh值多在400mv以上。伯水田土壤中,除了表面(O一1Cm)有可能达到较高的Eh值外,其以下各层的Eh值一般都比较低。因此硝态氮的存在几乎是不可能的。影响硝化作用的早一因素是pH值。硝化作用一般在pHS一9范围内几乎都能进行。但以中性和微酸性反应最好。在酸性和碱性条件下,亚硝化作用的速度大于硝化作用的速度,从而使亚硝态氮有较多的剩余积累。在pH55一73的土壤中,硝化过程的两个阶段都进行得很快,亚硝态氮很少积累。硝化作用和温度也有一定的关系。最适宜的温度是30一35℃(北方略低,约为20一52℃),超过40℃则严重抑制硝化过程。在低温条件下,对硝化作用的影响较少,即使在O一5℃时也有硝化作用进行。土壤中的其他养料和化学条件对硝化作用也有一定影响。如微量元素铂可以促使亚硝酸盐转化为硝峻盐,土壤中一定的有效磷水平也可能有助于硝化作用的进行。但是一些试验认7y.施用钾肥往往能降低氨态氮的硝化作用,尤其是对固定态的氨的硝化作用抑制更为明显。下图为施入钾吧对土壤中硝化作用的影响(粘粒矿物一蛙石)。.9习.被固定的因为K和NH``斗NH愈多其抑制作用愈大,,。`十具有相似的固定条件。在粘粒矿物中占有相似的位置因此施用K肥有。可能抑制微生物对氨的作用态氮的利用率。从而降低固定反硝化作用是通过微生物把硝态撼还原为气态氮的过程。这一过程通常导致土毕有效氮的损失。因此是土壤中氨转化过程中的。:一一个必须重视的问题反硝化1用可简示如下一:一班1:OH一-:`》NH:个杏NO:一,NOZe一》(HNO)w一H:N:O2NO。NH:反硝化作用进行的条件反硝化作用土壤中产生,,包括通气性,酸度和温度。其中以通气性是最关键的条件。一NZ。一般在嫌气的条件下进行在早地土壤中主要和含水量有关,如果硝化作用的临界含水量是土壤饱和含水量的60%左右则反硝化作用就会在大于这一含水瑟水爪灼,并随含水量的增加而增加。。因之在早地土壤中保持良好的排水条件是减少氮考如果其表面和氧气或含氧较多的大气直接接触已证明,损失的重要条件面O一Eh>1c在水分饱和的土壤中,IlW而榕解在水中的氧就足以抑制反硝化作用m的土壤是氧化层,。水田土壤在渍水条件下v,,,与水层接触的表;,、其氧化还原电位。Eh值可达到+400m存在着硝化作用(pHS)中。其下层土壤则进行反硝化作用530mv(反硝化作用的临界Eh值,在早地土壤3铸时,就有Nomv3一N的积累而在32omv以下,则N0mv就趋于还原,在渍水条件下,在40一50时,硝态氮的浓度有所积累,而在30,,以下则硝态氮反而不断减,少。反硝化作用的p在pH7H值。一般在酸性条件下较弱当pH。<5时,反硝化作用的速率很低5一8.2时最快pH值过高也将抑制反硝化作用,,沮度也是影响反硝化作用的因素之一在10℃以上此外,,在温度低于3℃时,很少有反硝化现象产生℃后才开始下降:。。但则反硝化作用随温度上升而加强。基本上要达到75反硝化作用必须有一定的能源。在缺少有机质或含c,N率低的土壤,其反硝化作用往往受到抑制导致氮的损失子的形式存在。除了由微生物进行的反硝化作用导致氮的损失以外一般在酸性条件下,在土壤中也存在着由于化学转化而,氛分子多于氢离子结合而形成按离子HNH:+而在碱性条件下,则以氨分不七士NH`+OH-.99.氨分子是一种气体,土壤中没有足够的吸附物质,而氮的浓度过高时,则易挥发而损失。,f亚硝酸可以氧化氮或氨基,亚硝酸本身被还原附13+HNO::+ZHZO或NH`十+NOZ~一N尸一今N:+ZH20RNH:+HNOZ:++以上两个反应都是通过亚硝酸的还原和一NROHH:O氨的氧化而生成氮气,但是这一反应主要在酸性条件下进行。在中性和微酸性条件下反应不强。亚硝酸还可以对土壤中的其它物质氧化,如胡敏酸、木质素……等一些有机物质和低价,可产生NZ、No:、NO等而损失。亚硝酸相当不稳定,在温度稍高或浓度较大的情况下,就易分解ZHNO:一一)NO+NOZ+HZO产生的一氧化氮和二氧化氮气体可导致氮的损失。亚硝酸分解的pH值,一般为5一7。下,损失将减少。土壤中氮挥发后,进入大气圈,大气中的氮元素,除了通过雨水带入土壤外,还可通过固氮作用,转入生物体内。在固氮微生物的作用下发生固氮作用N:+6H十+6e一+nMgATP一。ZNH:+nMgADP+nPi固氮微生物体内有一种固氮酶。这种固氮酶利用微生物体内糖代谢的中间产物丙酮酸为质了和电子的供体,微生物体内的ATP(在起作用时是Mg一ATP形式)提供能量,还康气“尸的氮气。一心丫小COOH,󰀀ù3二O`十`尸____一喂。.~_一一一一~一l!尸二一一多减弓`,....7`习,“’`”_--竺-`一一一一一一一一~一__一二____一吧竺`------一流蛋白质中呈高度还原态的氮元素(N一’)在土壤中,经水解作用转入氨基酸内,再。经作用、硝化作用、固氮作用可转化成氨态氮,亚硝态氮,一高度氧化态的硝态氮这些形年土壤中可被植物和微生物所吸收。这一系列的变化构成整个氮素循环的一部分。式.1加.铁在碱性条件生初氢大化的氮在动效嘴白叫彩瞬令妇妒妒诚礴)。土氛七鳍即在植物和微生物体内细胞中含有硝酸还原酶和亚硝酸还原酶。硝酸还原酶以来源于植物呼吸作用的NH作为供氢体。可将高度氧化A态D的氮元素还原成亚硝态的氮元素N(一O:醉促反应过程如下:付八p日+么川p+叮夺0,-下八xo弓NA,十万A,日2心川~oz、之时主十O一~争日之O硝酸还原酶的酶促反应可表示如干NO:一+NADH+H+一~NO:一+NAD十+Hzo亚硝酸还原为氮的过程是由叶绿体中的亚硝酸还原酶催化的。目前对亚硝酸还原酶所催化反应中的氢供体及机理还不很清楚。但其酶促反应的过程可用下式表示;NO:一+6e一+7H十一一NHs+ZH:0高度还原态的氮元素,在植物细胞组织内,可直接参加植物细胞各组织的代谢作用。从上述可知,蛋白质中氮元素对植物的营养作用,受许多因素的影响。要使蛋白质中氮元素发挥出最高的营养价值,则必须选择最佳的土壤条件。尸吸.斗二.