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氮的奇妙转化：植物如何从土壤中获取生命的秘密？
在自然界中，氮是一种不可或缺的元素，植物以多种方式从土壤中获取它。氮的来源主要是无机氮化合物，植物能透过一系列的生化过程将其转化为有机氮化合物，如氨基酸，形成自身所需的生命基石。这项过程称为氮的同化，而在此过程中，植物吸收从土壤中以硝酸根（NO3−）或氨根（NH4+）形式存在的氮。
在氧化的土壤中，硝酸氮通常是一个主要可用的吸收形态，然而在某些条件下，如在浇灌稻田的水淹环境或草原中，氨也可能占主导地位。植物的根系会影响不同氮形式的丰富度，透过改变pH值和分泌有机化合物或氧气，进而影响周围微生物的活动。
植物根系的行为不仅影响自身对氮的吸收，还影响整个土壤氮循环。
植物氮的同化过程
在氮的同化过程中，植物将氨根透过氨运输体吸收到体内，而硝酸根则需要依赖几种硝酸运输体，这些运输体利用质子梯度来推动运输。进一步地，氮会透过木质部以硝酸、溶解氨和氨基酸的形式从根部运送至地上部位。一般来说，几乎所有的硝酸还原反应是在地上部分进行，而根部只是将少量的吸收硝酸还原为氨。而氨的合成则大部分发生在根部，通过谷氨酸合成酶-谷氨酸合成酶途径（GS-GOGAT）。
氨的还原过程是植物利用氮的根本途径之一，而其过程的每一步都在精确调控之中。
pH与离子平衡在氮同化中的角色
每当硝酸根还原为氨时，伴随产生的OH−离子需要被植物除去或用有机酸中和，以维持pH平衡。这导致植物根部的环境在吸收硝酸后可能变得偏堿。在此过程中，植物须根据氮的摄取量进行阳离子或阴离子的平衡。以番茄为例，这类植物会吸纳金属离子如K+、Na+、Ca2+及Mg2+来平衡其硝酸的摄取，同时将这些阳离子储存为有机酸盐类。
像黄豆这样的植物则主要透过排出OH−或HCO3−来达到硝酸的平衡。那些在地上部分进行硝酸还原的植物，需将产生的碱性物质以惰性形式运送至根部，植物透过从中性前体合成苹果酸来实现这一点。
氮的利用效率
氮利用效率（NUE）是指植物所吸收和使用的氮的比例。而提高氮利用效率，进而提高肥料利用率，对于可持续农业至关重要，因为这有助于减少污染和生产成本，并提高产量。但全球范围内的作物NUE普遍不超过50%。透过改进肥料、增进作物管理、选择性育种和基因工程等手段，NUE有望显著提升。
氮利用效率可以在不同层面上进行测量，如特定作物、土壤、肥料投入或生态系统生产力等。不少科学家在树叶的光合作用层面上将其称为光合作用氮利用效率（PNUE），以便更细致地分析这一现象。
植物如何从土壤中提取和转化氮，并在此过程中保持生态平衡，这不仅是科学研究的重点，亦是未来面临的关键挑战？
