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氮的奇妙轉化：植物如何從土壤中獲取生命的秘密？
在自然界中，氮是一種不可或缺的元素，植物以多種方式從土壤中獲取它。氮的來源主要是無機氮化合物，植物能透過一系列的生化過程將其轉化為有機氮化合物，如氨基酸，形成自身所需的生命基石。這項過程稱為氮的同化，而在此過程中，植物吸收從土壤中以硝酸根（NO3−）或氨根（NH4+）形式存在的氮。
在氧化的土壤中，硝酸氮通常是一個主要可用的吸收形態，然而在某些條件下，如在澆灌稻田的水淹環境或草原中，氨也可能占主導地位。植物的根系會影響不同氮形式的豐富度，透過改變pH值和分泌有機化合物或氧氣，進而影響周圍微生物的活動。
植物根系的行為不僅影響自身對氮的吸收，還影響整個土壤氮循環。
植物氮的同化過程
在氮的同化過程中，植物將氨根透過氨運輸體吸收到體內，而硝酸根則需要依賴幾種硝酸運輸體，這些運輸體利用質子梯度來推動運輸。進一步地，氮會透過木質部以硝酸、溶解氨和氨基酸的形式從根部運送至地上部位。一般來說，幾乎所有的硝酸還原反應是在地上部分進行，而根部只是將少量的吸收硝酸還原為氨。而氨的合成則大部分發生在根部，通過谷氨酸合成酶-谷氨酸合成酶途徑（GS-GOGAT）。
氨的還原過程是植物利用氮的根本途徑之一，而其過程的每一步都在精確調控之中。
pH與離子平衡在氮同化中的角色
每當硝酸根還原為氨時，伴隨產生的OH−離子需要被植物除去或用有機酸中和，以維持pH平衡。這導致植物根部的環境在吸收硝酸後可能變得偏堿。在此過程中，植物須根據氮的攝取量進行陽離子或陰離子的平衡。以番茄為例，這類植物會吸納金屬離子如K+、Na+、Ca2+及Mg2+來平衡其硝酸的攝取，同時將這些陽離子儲存為有機酸鹽類。
像黃豆這樣的植物則主要透過排出OH−或HCO3−來達到硝酸的平衡。那些在地上部分進行硝酸還原的植物，需將產生的鹼性物質以惰性形式運送至根部，植物透過從中性前體合成蘋果酸來實現這一點。
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，進而提高肥料利用率，對於可持續農業至關重要，因為這有助於減少污染和生產成本，並提高產量。但全球範圍內的作物NUE普遍不超過50%。透過改進肥料、增進作物管理、選擇性育種和基因工程等手段，NUE有望顯著提升。
氮利用效率可以在不同層面上進行測量，如特定作物、土壤、肥料投入或生態系統生產力等。不少科學家在樹葉的光合作用層面上將其稱為光合作用氮利用效率（PNUE），以便更細致地分析這一現象。
植物如何從土壤中提取和轉化氮，並在此過程中保持生態平衡，這不僅是科學研究的重點，亦是未來面臨的關鍵挑戰？
