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从氮气到氨基酸：微生物如何协助植物吸收氮？
在自然界中，氮是一种至关重要的元素，对于植物的生长和发展至关重要。然而，植物无法直接利用氮气（N2）这种形式的氮。这使得微生物在氮的吸收和利用过程中扮演了关键的角色。微生物透过氮固定的机制，将氮气转换为植物可吸收的形式，如氨（NH4+）和硝酸盐（NO3−）。这一过程不仅能够促进植物的健康，还可以提高农业的可持续性。
氮的吸收对植物的生长至关重要，而微生物则为这一过程提供了支持。
氮的转化过程
植物主要通过其根系吸收土壤中的氮，以硝酸盐和氨的形式存在。在健全的土壤中，硝酸盐通常是可吸收氮的主要形式，而氨则可能在草原及淹水的厌氧土壤（如水田）中占主导地位。
植物根系通过改变土壤的pH值以及分泌有机化合物或氧气，影响氮的不同形式的丰富程度，进而促进微生物的活性，以促进各种氮物质的转换。植物根部的氨离子会透过氨运输蛋白进入植物内部，而硝酸盐则由多种硝酸盐运输蛋白吸收。
植物如何处理氮
氮的运输主要是通过木质部进行，以硝酸盐、溶解的氨以及氨基酸的形式向植物的其他部分输送。多数情况下，硝酸还原主要在植物的叶片进行，而根部则只攫取少量的硝酸进行还原。氨无论在吸收或合成过程后，最终都会通过谷氨酸合成酶-谷氨酸合成酶（GS-GOGAT）途径结合到氨基酸中。
氮的运输及转换不仅是植物生长的必需，还影响整个生态系统的健康。
pH和离子平衡
每当硝酸根还原为氨时，植物必须维持其周围环境的pH平衡，这常常意味着需要排放OH−离子或用有机酸中和它。这使得吸收硝酸根的植物周围土壤变得堿性。为了保持离子平衡，植物在吸收NO3−的同时，必须伴随着带正电的阳离子进入或排出带负电的阴离子。比如，西红柿等植物会吸收钾（K+）、钠（Na+）、钙（Ca2+）和镁（Mg2+）等金属离子来平衡硝酸根的吸收。
氮的利用效率
氮利用效率（NUE）是指植物能够吸收和使用的氮的比例。提升氮利用效率以及施肥效率对农业可持续发展至关重要，可以减少污染（如肥料流失）和生产成本，同时提高产量。全球作物的NUE普遍低于50%，这促使科学家寻求通过改良肥料、增强作物管理、选择性育种及基因工程等方法来提高氮利用效率。
改善氮的利用效率和肥料效率，是永续农业的一大挑战。
通过了解微生物对植物氮吸收的重要作用以及相关的生理过程，能否我们找出更具创新性的方法来提升农业的产量与可持续性？
