Приручение азота: зачем он нужен растениям и человеку

Приручение азота: зачем он нужен растениям и человеку

Азот входит в состав всех белков и нуклеиновых кислот, а потому он критически важен для жизни. Атмосферный азот, однако, не усваивается растениями. Расскажем, как они обходят эту проблему, и как мы можем им помочь.

Молекула любого белка представляет собой цепочку остатков аминокислот, в каждой из которой содержится как минимум один атом азота. Пролин, аспарагин, триптофан, глутамин и лизин содержат по два атома азота, а аргинин и гистидин — целых три. Молекула ДНК, которая отвечает за сохранение генетической информации, и молекулы РНК, которые играют важную роль в кодировании, прочтении, регуляции и выражении генов, в каждом звене содержат азотистые основания с несколькими атомами азота. Отсюда следует ключевая роль азота в жизни всех организмов.

Роль азота в жизни растений

Азот один из самых важных элементов для питания растений и образования хлорофилла, а потому влияет на фотосинтез. Поскольку азот входит в состав белков и молекул, обеспечивающих передачу генетической информации, он влияет на рост листьев и стеблей.

Элементарный азот, находящийся в воздухе в виде двухатомного газа N2, очень по своей реакционности близок к инертным газам. Для того, чтобы его превратить в аммиак в промышленности используется процесс, проходящий при температуре +1000°С, давлении в 10 атмосфер и в присутствии платинового катализатора.

Неудивительно, что атмосферный азот не усваивается растениями напрямую через листья, как они это делают с углекислым газом. Удивительно, что есть бактерии, которые справляются с этим без гигантских энергетических затрат, как в промышленности. Растения всасывают корнями азотсодержащие вещества из почвы, куда они попадают благодаря деятельности особых азотфиксирующих бактерий. Сейчас известно свыше 80 видов и разновидностей бактерий, несколько видов актиномицетов, дрожжей, дрожжеподобных организмов и плесневых грибов, способных фиксировать азот. Они населяют почву, дно морей и пресных водоемов.

Раньше полагали, что такие бактерии могут существовать только в кислых почвах. Сейчас установлено, что они неплохо развиваются и в нейтральных и щелочных почвах. Развитие азотобактера и фиксация им азота в значительной степени зависят от наличия в среде фосфора, кальция и других микроэлементов (молибден, бор, ванадий, железо, марганец). К сожалению, естественное накопление азота в почве идет медленно, а извлечь его культурные растения могут очень быстро — для этого хватает всего несколько лет.

Последствия и признаки недостатка азота

При дефиците азота в первую очередь повреждаются взрослые и старые листья: они желтеют первыми, но желтизна захватывает только пространства между жилками — сами жилки остаются зелёными. Наблюдается общее замедление роста растения. Молодые листочки сначала вытягивают азот у старых, но затем и сами становятся бледными. По мере появления новых листьев они мельчают. Со временем листья даже могут стать розовыми, скручиваются и опадают. Растение при дефиците азота не зацветает и, следовательно, не даёт плодов.

Последствия и признаки избытка азота

Листья становятся темно-зелеными, супер-крупными и сочными, цветение задерживается. При этом стебли становятся слишком толстыми. У некоторых растений они лопаются, а если это происходит в прикорневой части, то стебли загибаются. Получается, что и при дефиците азота, и при избытке можно потерять урожай.

Азотные удобрения

Аммиачная селитра

Аммиачная селитра или нитрат аммония содержит 35% азота. Отличается большой растворимостью (190 г на 100 мл воды при 20°С) и быстрой усвояемостью растениями, которые усваивают именно ионы аммония и нитрата. Все остальные азотистые вещества и элементарный азот из атмосферы должны трансформироваться в эти ионы почвенными бактериями и клубеньковыми бактериями бобовых, чтобы азот был усвоен растениями. При удобрении аммиачной селитрой этот этап становится лишним.

Требуется её 15–25 г на квадратный метр площади. Ранней весной это удобрение вносят под все культуры. Летом дополнительная подкормка нужна капусте, огурцам и зелени. Капусту удобряют внекорневой подкормкой раствором концентрацией 2,5 г селитры на литр воды.

Аммиачная селитра требует осторожного обращения из-за её взрывоопасности. Хотя огородники редко хранят большие запасы селитры, а для её детонации требуются определённые усилия, но полезно знать, что при увеличении влажности взрывоопасность этого вещества увеличивается. О грозной силе этого удобрения можно судить по последствиям взрыва более двух тысяч тонн аммиачной селитры в порту Бейрута 4 августа 2020 года. Там она хранилась с 2013 года, а именно в этом году был разработан безопасный состав, в который, кроме селитры, входит сульфат железа. Для огородников более актуальной является химическая опасность аммиачной селитры — она сильно раздражает глаза при попадании в них.

Сульфат аммония

Сульфат аммония содержит только ион аммония, а содержание азота в нём составляет 21%. В отличие от аммиачной селитры, которая взрывается и усиливает горение, сульфат аммония, наоборот, входит в состав порошковых огнетушителей и огнезащитных средств. Кроме того, это вещество считается безопасным для человека и используется в пищевой промышленности в качестве заменителя соли под индексом Е517.

Поскольку азота в сульфате аммония меньше, чем в аммиачной селитре, то и требуется его больше — 75–95 г на квадратный метр. Вносят его по всей площади сада осенью под перекопку. Сульфат аммония отлично впитывается почвой и почти не выветривается и не вымывается. Сульфат-ион, как показали недавние исследования, улучшает усвоение растениями азота.

Мочевина

Из всех азотных удобрений мочевина или иначе карбамид содержит больше всего азота — 46,63%, но она не может усваиваться растениями напрямую. Имеющиеся в почве бактерии сначала должны превратить мочевину в ионы аммония и нитрата, т.е. фактически превратить её в аммиачную селитру. А как уже сказано выше, аммоний и нитрат уже усваиваются растениями. Процесс биохимического превращения карбамида проходит в три стадии, а потому это не самое быстродействующее удобрение. Нехватка определённых бактерий затрудняет переход мочевины в усвояемую форму.

Расход мочевины за один раз составляет до 20 г на квадратный метр. Вносят её ранней весной и в начале лета под все культуры. Поздней осенью и ранней весной растения опрыскивают раствором мочевины с концентраций 500 г на 10 литров воды. Это делается для профилактики болезней и для защиты от вредителей.

Мочевина безопасна для людей и зарегистрирована в качестве пищевой добавки с индексом E927b. Из рекламы вы знаете, что жевательная резинка с карбамидом помогает предотвратить кариес. Понятно, что если бы в рекламе прозвучало русское название вещества, то кто бы купил такую жвачку.

Азот для человека

Дефицит чистого азота исключен, поскольку он содержится в воздухе и организму его хватает. Как и подавляющее большинство других живых существ, человек неспособен усваивать чистый азот. Поэтому в наш организм он поступает в связанном виде в составе растительных и животных белков, аминокислот, пуриновых соединений, нуклеотидов и т.д.. При недостатке белков и витаминов в питании возможен дефицит азота.

Следствия и признаки дефицита азота

  • мышечная дистрофия;
  • нарушения обмена веществ, сопровождающиеся отеками;
  • задержка физического и умственного развития;
  • иммунодефицит;
  • гиподинамия;
  • депрессия.

Избыток азота

Массовое использование азотных удобрений стало причиной избыточного содержания нитратов в пище. Кстати, чрезмерное их использование на огороде может привести к лишним потерям урожая во время хранения. Сами по себе нитраты безопасны, но они превращаются в организме в нитриты, а вот эти ионы превращают гемоглобин в метгемоглобин, не способный переносить кислород. Следствием этого является хроническая гипоксия, которой страдают все курильщики. Т.е. человек, который думает, что ест полезные овощи, из-за нитратов может получить такой же вред, как и от курения.

Другой возможный вред заключается в том, что на нитратах может хорошо разрастись патогенная кишечная флора, которая будет производить токсины и отравлять организм. Симптомы при этом могут быть очень разными — только анализ может дать точную картину.

Аргинин

Аргинин является ключевой аминокислотой в процессах азотистого обмена, и именно из него посредством ферментов образуется оксид азота NO. Этот газ крайне важен для работы сосудистой мускулатуры и сердечной мышцы. При недостатке оксида азота возможны сердечные приступы и даже остановка сердца. Минимум оксида азота приходится примерно на 3–4 часа ночи, и на это же время приходится пик смертности из-за отказа сердца. Оксид азота также участвует и в других важных процессах организма. Американский фармаколог Луис Игнарро получил Нобелевскую премию за изучение сигнальной функции оксида азота.

У взрослого и здорового человека аргинин может вырабатываться организмом. В то же время для детей и подростков, пожилых и больных людей эта аминокислота является действительно незаменимой, так как уровень её синтеза часто недостаточен. Биосинтез аргинина осуществляется из цитруллина. Мало того, без цитруллина уровень аргинина быстро падает.

К счастью, аргинин содержится в большинстве продуктов растительного и животного происхождения, богатые белком. Чемпионом среди них являются тыквенные семечки, содержащие 5353 мг на 100 граммов. Вслед за ними идут кедровые орехи —2413 мг/100 г, а замыкают тройку лидеров грецкие орехи — 2278 мг/100 г. Недалеко от них оказался сушёный горох — 2188 мг/100 г.

Комментировать

*

Размер шрифта: A- 15 A+
Тёмная тема:
Цвета
Цвет фона:
Цвет текста:
Цвет ссылок:
Цвет акцентов
Цвет полей
Фон подложек
Заголовки:
Текст:
Выравнивание:
Боковая панель:
Сбросить настройки