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從氮氣到氨基酸：微生物如何協助植物吸收氮？
在自然界中，氮是一種至關重要的元素，對於植物的生長和發展至關重要。然而，植物無法直接利用氮氣（N2）這種形式的氮。這使得微生物在氮的吸收和利用過程中扮演了關鍵的角色。微生物透過氮固定的機制，將氮氣轉換為植物可吸收的形式，如氨（NH4+）和硝酸鹽（NO3−）。這一過程不僅能夠促進植物的健康，還可以提高農業的可持續性。
氮的吸收對植物的生長至關重要，而微生物則為這一過程提供了支持。
氮的轉化過程
植物主要通過其根系吸收土壤中的氮，以硝酸鹽和氨的形式存在。在健全的土壤中，硝酸鹽通常是可吸收氮的主要形式，而氨則可能在草原及淹水的厭氧土壤（如水田）中占主導地位。
植物根系通過改變土壤的pH值以及分泌有機化合物或氧氣，影響氮的不同形式的豐富程度，進而促進微生物的活性，以促進各種氮物質的轉換。植物根部的氨離子會透過氨運輸蛋白進入植物內部，而硝酸鹽則由多種硝酸鹽運輸蛋白吸收。
植物如何處理氮
氮的運輸主要是通過木質部進行，以硝酸鹽、溶解的氨以及氨基酸的形式向植物的其他部分輸送。多數情況下，硝酸還原主要在植物的葉片進行，而根部則只攫取少量的硝酸進行還原。氨無論在吸收或合成過程後，最終都會通過谷氨酸合成酶-谷氨酸合成酶（GS-GOGAT）途徑結合到氨基酸中。
氮的運輸及轉換不僅是植物生長的必需，還影響整個生態系統的健康。
pH和離子平衡
每當硝酸根還原為氨時，植物必須維持其周圍環境的pH平衡，這常常意味著需要排放OH−離子或用有機酸中和它。這使得吸收硝酸根的植物周圍土壤變得堿性。為了保持離子平衡，植物在吸收NO3−的同時，必須伴隨著帶正電的陽離子進入或排出帶負電的陰離子。比如，西紅柿等植物會吸收鉀（K+）、鈉（Na+）、鈣（Ca2+）和鎂（Mg2+）等金屬離子來平衡硝酸根的吸收。
氮的利用效率
氮利用效率（NUE）是指植物能夠吸收和使用的氮的比例。提升氮利用效率以及施肥效率對農業可持續發展至關重要，可以減少污染（如肥料流失）和生產成本，同時提高產量。全球作物的NUE普遍低於50%，這促使科學家尋求通過改良肥料、增強作物管理、選擇性育種及基因工程等方法來提高氮利用效率。
改善氮的利用效率和肥料效率，是永續農業的一大挑戰。
通過了解微生物對植物氮吸收的重要作用以及相關的生理過程，能否我們找出更具創新性的方法來提升農業的產量與可持續性？
