Αζωτοδέσμευση: ορισμός, περιγραφή της διαδικασίας και η σημασία για τη γεωργία

Όλοι γνωρίζουμε ότι το ριζόβιο (Rhizobium), πρόκειται για ένα αζωτοβακτήριο, που συμβάλλει στη δέσμευση του αζώτου, στα περισσότερα είδη των ψυχανθών (οικογένεια Fabaceae/Leguminosae). Στο συγκεκριμένο άρθρο, θα εξετάσουμε βήμα προς βήμα ορισμένες διαδικασίες που βοηθούν στη αύξηση/διαθεσιμότητα του αζώτου για τα φυτά. Το άζωτο είναι ένα από τα βασικά θρεπτικά συστατικά για τα φυτά, ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη τους. Εάν τα φυτά δεν λαμβάνουν επαρκή ποσότητα αζώτου, οι αποδόσεις θα μειωθούν, θα συντίθονται λιγότερες πρωτεΐνες και θα επηρεαστεί η συγκέντρωση της χλωροφύλλης. Στην περιοχή γύρω από τη ρίζα των φυτών που καλείται ριζόσφαιρα μπορούμε να παρατηρήσουμε η ριζόσφαιρα, αποτελεί ενδιαίτημα πλήθους μικροοργανισμών.

Ποια είναι η σχέση μεταξύ βακτηρίων και ψυχανθών;

Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι μια, συμβιωτική σχέση. Μεταξύ αυτών των βακτηρίων και των φυτών υπάρχει αλληλεπίδραση, καθώς τα βακτήρια προσλαμβάνουν άνθρακα, ο οποίος είναι η πηγή ενέργειας για την διαβίωση τους, και, με τη σειρά τους τα φυτά, θα δεσμεύσουν το άζωτο. 

Ποια είναι τα στάδια της αζωτοδέσμευσης;

1. Αζωτοδέσμευση
2. Αφομοίωση
3. Αμμωνοποίηση
4. Νιτροποίηση
5. Απονιτροποίηση

Οι ρίζες των φυτών γενικά απελευθερώνουν εκκρίματα (εξίδρωμα) που περιέχουν σάκχαρα, αμινοξέα και άλλα. Τείνουν επίσης να απελευθερώνουν ειδικές ενώσεις όπως φλαβονοειδή, τα οποία εξειδικεύονται (διαφοροποιούνται) με βάση τον ξενιστή. Τα βακτήρια λοιπόν ανιχνεύουν αυτά τα φλαβονοειδή στην περιοχή της ριζόσφαιρας χρησιμοποιώντας τα γονίδια nod D (γονίδιο nodulation – που υπάρχει στα ριζόβια). Αυτή η αλληλεπίδραση ενεργοποιεί τα γονίδια nod D, τα οποία ακολούθως θα ενεργοποιήσουν τα γονίδια nod A, B και C (κοινά γονίδια για όλα τα ριζόβια) και κάποια ειδικά για τον ξενιστή γονίδια όπως τα P, Q, H, F, E και L. Αυτό σχηματίζει εξ ολοκλήρου τον παράγοντα NOD, μια ένωση λιπο-χιτο-ολιγοσακχαριτών, παράγωγο της χιτίνης, που ελέγχει αν θα ταιριάξει με την καλλιέργεια του ξενιστή. Αυτός ο παράγοντας NOD θα βρεθεί και πάλι στις ρίζες των φυτών. Εάν υπάρχει συνάφεια, το φυτό θα παράγει γονίδια nodulin. Χάρη στα βακτήρια που προσκολλώνται στη ρίζα με ρικάνωση, επηρεάζεται το ασβέστιο που εντοπίζεται στο κυτταρικό τοίχωμα των ριζών του φυτού. Έτσι, πραγματοποιείται κύρτωση της ρίζας και μιτογόνα σήματα στέλνονται στο φλοιό για να ξεκινήσει η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης.

Αν θέλετε να διαβάσετε περισσότερα για τη δέσμευση του αζώτου, βρείτε ένα σχετικό άρθρο διαθέσιμο εδώ

Αυτό προκαλεί το σχηματισμό νήματος στο φλοιό της ρίζας του φυτού, όπου τα ριζόβια μετακινούνται και διαφοροποιούνται εντός των κυττάρων του φλοιού για να σχηματίσουν βακτηριοειδή. Μέσα στα βακτηριοειδή, βρίσκεται ένα ένζυμο που ονομάζεται νιτρογενάση, το οποίο είναι καθοριστικό για τη δέσμευση του αζώτου. Ο σχηματισμός βακτηριοειδών στο εσωτερικό των κυττάρων της ρίζας προκαλεί ορμονικές διακυμάνσεις, οπότε και διογκώνονται τα φυμάτια, τόσο ώστε γίνονται ορατά με γυμνό μάτι. Περιβάλλονται από μια μεμβράνη, η οποία έχει ως ρόλο να τα κρατά μακριά από το οξυγόνο.

Το χρώμα που επικρατεί είναι το ροζ εξαιτίας της αιμογλοβίνης, η οποία ελέγχει τη συγκέντρωση του οξυγόνου. Η παρουσία της αιμογλοβίνης είναι σημαντική καθώς σε διαφορετική περίπτωση, το οξυγόνο θα δηλητηρίαζε το ένζυμο. Έτσι, η αιμογλοβίνη υπάρχει για να μεταφέρει το οξυγόνο και να βοηθά το ένζυμο νιτρογενάση να δεσμεύσει το άζωτο.

Ποια φυτά δεσμεύουν το περισσότερο άζωτο;

Η αραχίδα (αράπικο φυστίκι), όσπρια, όπως, τα μαυρομάτικα φασόλια, η σόγια και η φάβα, είναι άριστοι αζωτοδεσμευτές και καλύπτουν όλες τις ανάγκες τους σε άζωτο. Σαφώς και μια ποσότητα αζώτου απορροφάται κατευθείαν από το έδαφος. Αυτά τα ψυχανθή μπορούν να δεσμεύσουν έως και 61kg ανά στρέμμα και συνήθως δεν χρειάζονται λίπασμα με άζωτο (Walley et al., 1996- Cash et al., 1981).

Γιατί η αζωτοδέσμευση είναι σημαντική;

Τα φυτά δεν μπορούν να προσλάβουν το αζωτο (N₂), το οποίο είναι κυρίαρχο στην ατμόσφαιρα. Η απορροφήσιμη μορφή του αζώτου είναι τα νιτρικά (ΝΟ₃-) και η αμμωνία (NH₃), οπότε αυτά τα βακτήρια, βοηθούν στη δέσμευση του αζώτου και μετέπειτα στην μετατροπή του από N₂σε NH₃, ώστε τα φυτά να μπορούν εύκολα να το χρησιμοποιήσουν για την ανάπτυξή τους. Εάν η αζωτοδέσμευση δεν συνέβαινε τότε τα φυτά θα ‘’λιμοκτονούσαν’’ από την έλλειψη αζώτου. Προκειμένου λοιπόν να αντικαταστήσουμε τη φυσική αυτή διεργασία θα χρειάζοταν να προσθέσουμε άφθονα συνθετικά λιπάσματα που θα εξισσοροπούσαν τις ανάγκες των φυτών. Μια τέτοια όμως κίνηση θα οδηγούσε σε τεράστιες οικονομικές και περιβαλλοντικές απώλειες. 

Πηγές:

Book: Soil Microbiology, Ecology and Biochemistry, Fourth Edition, 2015, Author: Eldor A. Paul.

https://pubs.nmsu.edu/