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Dall'azoto agli amminoacidi: come i microrganismi aiutano le piante ad assorbire l'azoto?
In natura, l'azoto è un elemento vitale, essenziale per la crescita e lo sviluppo delle piante. Tuttavia, le piante non possono utilizzare direttamente l'azoto sotto forma di azoto gassoso (N2). Ciò fa sì che i microrganismi svolgano un ruolo fondamentale nell'assorbimento e nell'utilizzo dell'azoto. I microrganismi utilizzano un processo chiamato fissazione dell'azoto per convertire l'azoto in forme che le piante possono assorbire, come ammoniaca (NH4+) e nitrato (NO3−). Questo processo non solo migliora la salute delle piante, ma aumenta anche la sostenibilità dell'agricoltura.
L'assorbimento di azoto è essenziale per la crescita delle piante e i microrganismi supportano questo processo.
Processo di trasformazione dell'azoto
Le piante assorbono l'azoto dal terreno principalmente attraverso il loro apparato radicale, sotto forma di nitrati e ammoniaca. Nei terreni sani, il nitrato è solitamente la principale forma di azoto disponibile, mentre l'ammoniaca può predominare nei prati e nei terreni anaerobici allagati, come le risaie.
Le radici delle piante influenzano l'abbondanza di diverse forme di azoto modificando il pH del terreno e secernendo composti organici o ossigeno, favorendo così l'attività dei microrganismi che promuovono la conversione di varie sostanze azotate. Gli ioni ammonio presenti nelle radici delle piante entrano nella pianta attraverso le proteine di trasporto dell'ammoniaca, mentre i nitrati vengono assorbiti da una serie di proteine di trasporto dei nitrati.
Come le piante elaborano l'azoto
L'azoto viene trasportato principalmente attraverso lo xilema, da dove viene distribuito alle altre parti della pianta sotto forma di nitrati, ammoniaca disciolta e aminoacidi. Nella maggior parte dei casi, la riduzione dei nitrati avviene principalmente nelle foglie delle piante, mentre le radici catturano solo una piccola quantità di nitrato per la riduzione. Indipendentemente dal processo di assorbimento o sintesi, l'ammoniaca verrà infine incorporata negli amminoacidi attraverso il percorso glutammato sintetasi-glutammato sintetasi (GS-GOGAT).
Il trasporto e la conversione dell'azoto non sono essenziali solo per la crescita delle piante, ma influiscono anche sulla salute dell'intero ecosistema.
bilanciamento del pH e degli ioni
Ogni volta che il nitrato viene ridotto ad ammoniaca, la pianta deve mantenere l'equilibrio del pH dell'ambiente circostante, il che spesso significa emettere ioni OH− o neutralizzarli con acidi organici. Ciò rende alcalino il terreno attorno alle piante che assorbono nitrati. Per mantenere l'equilibrio ionico, le piante devono assorbire NO3− accompagnato dall'ingresso o dall'escrezione di anioni caricati negativamente con cationi caricati positivamente. Ad esempio, piante come i pomodori assorbono ioni metallici come potassio (K+), sodio (Na+), calcio (Ca2+) e magnesio (Mg2+) per bilanciare l'assorbimento del nitrato.
Efficienza di utilizzo dell'azoto
L'efficienza d'uso dell'azoto (NUE) è la percentuale di azoto che le piante sono in grado di assorbire e utilizzare. Migliorare l'efficienza nell'uso dell'azoto e nella fertilizzazione è fondamentale per uno sviluppo agricolo sostenibile, riducendo l'inquinamento (ad esempio il deflusso dei fertilizzanti) e i costi di produzione, aumentando al contempo le rese. In tutto il mondo, il rendimento netto delle colture è generalmente inferiore al 50%, il che spinge gli scienziati a cercare modi per migliorare l'efficienza nell'uso dell'azoto attraverso fertilizzanti migliori, una migliore gestione delle colture, l'allevamento selettivo e l'ingegneria genetica.
Migliorare l'efficienza nell'uso dell'azoto e dei fertilizzanti rappresenta una sfida importante per un'agricoltura sostenibile.
Comprendendo l'importante ruolo dei microrganismi nell'assorbimento dell'azoto da parte delle piante e nei processi fisiologici correlati, possiamo trovare modi più innovativi per migliorare la produzione agricola e la sostenibilità?
