امتصاص النيتروجين من التربه الي النبات
امتصاص النيتروجينانتظام امتصاص النيتروجين المعدني في النباتات
أ-صور النيتروجين المتاح :
يوجد العديد من الصور للنيتروجين في بيئة نمو النبات والتي تتضمن النيتروجين الجزيئـــــــي N2 والأمونيا وأكاسيد النيتروجين(NH3,NOX) والنيتروجين المعدني (NO3‾,NH4+) وأخيـــــــــــرا النيتروجين العضوي (الأحماض الأمينية والببتيدات ---إلخ) .وفيما يتعلق باحتياجات النبات العاليــة من النيتروجين فإنه ليس من المفاجئ أن النباتات تسطيع استخدام جميع صور النيتروجين باستثنــاء النيتروجين الجزيئي والذي تسطيع الاستفادة منه أنواع معينة من النباتات والتي تستطيع التعايش مع البكتيريا المثبتة للنيتروجين .ومع ذلك فإن الانتفاع لتلك الصور من النيتروجين يقاس بشدة بالبيئــــة وجزئيا ظروف التربة تحدد صور النيتروجين المختلفة.ففي التربة جيدة التهوية فإن أكثر صــــــور النيتروجين إتاحة هي النيتروجين المعدني خاصة النترات بينما يسود الأمونيوم في الأراضي التـــي يثبط فيها النترتة nitrification على سبيل المثال الأراضي الغدقة أو الباردة.
تحت الظروف الزراعية فإن تركيز النترات يتراوح من 5. إلى 10 مليموز بينما يتراوح تركيــــــز الأمونيوم من10 إلى 1000 مرة أقل يصل لمدى المليمولار فقط في حالات استثنائية مثل بــــــــعد التسميد. ومن ناحية أخرى هذه الاختلافات في تركيز التربة لاتعكس نسبة الامتصاص لصورتـــــي النيتروجين في حين أن معظم النباتات تمتص بشكل واضح الأمونيوم عند توفر الصورتيـــــــــــــن ومحدودية إضافة النيتروجين. وبالرغم من ذلك فإن اسهام الأمونيوم للتغذية بالنيتروجين ربمــــــــا تكون سهلة القياس على طول المستويات المنخفضة من من الأمونيوم في التربة تعتبر ناتجة فقـــــط من النترتة المستمرة.وعندما تكون معدلات المعدنة منخفضة بسبب الPHالحامضي والحــــــــرارة المنخفضة وانخفاض النشاط الميكروبي فإن الأحماض الأمينية يمكن أن تصبح مصدرا مهمــــــــــا للنيتروجين. انتقال النيتروجين من الكائنات المثبتة للنيتروجين الجوي يسهم بشكل كبير في التغذيــة النيتروجينية لبعض الأنواع النباتية كما أنه يقلل من الإضافات للنيتروجين المعدني للتربة. في حيـن أن الاستفادة من النيتروجين الجوي يمكن توظيفه في تعزيز الانتاج الزراعي للنبات فإن اسهــــــــام الNH3 و NO2 في تغذية النبات مختلف تماما . خصوصا عند الإضافة المنخفضة مــــــــــــــــن النيتروجين فإن النباتات تبدأ في استخدام المصادر الغازية والتي هي قليلة الأهمية في مجــــــــــــال امتصاص النيتروجين . وصور امتصاص النيتروجين تحدد أيضا بتفضيل النبات لأي صــــــــــور النيتروجين. وفي معظم الحالات فإن تفضيل النبات يحدد صورة امتصاص النيتروجين في حـــــال وجود مستويات ملائمة أو زائدة من النيتروجين بما يحقق التوازن بين الأنيونات والكاتيونــــــــــات (cation/anion balanced) . والجزء التالي سيوضح الجوانب الفسيولوجية والجزيئيـــــــــــــــة لامتصاص النيتروجين.
ب-مواقع امتصاص النيتروجين:
في عرض المدى الواسع لصور النيتروجين المختلفة والمتاحة للنباتات فإن هناك مسارات مختلفـــة تستخدم داخل خلايا النباتات لامتصاص النيتروجين. فعلى مستوى الجذور, الامتصاص الداخلـــــي لصور النيتروجين المعدني أو العضوي تحدث عبر الغشاء البلازمي لخلايا البشرة والقشــــــــــرة . ولزيادة مسطح الامتصاص للعناصر الغذائية فإن منطقة الجذور القمية تغطى بالشعيرات الجذريـــة والتي يمكنها أن تشكل ما يعادل من 70إلى 80% من المسطح الجذري الكلي. وتبقى الشعيــــــرات الجذرية وظيفية فقط لفترة قصيرة حوالى أيام قليلة قبل موتها . وهكذا فإن امتصاص العناصـــــــــر بواسطة الشعيرات الجذرية تتطلب من ناحية أنظمة نقل وحركة عالية ولكن من ناحية أخرى ضمان كفاءة استخلاص العناصر من التربة والتي تعد مهمة جزئيا للعناصر قليلة الحركة في التربة . ولابد أن يوجه الاهتمام بشكل خاص لناقلات النيتروجين في الغشاء الخلوي للشعيرات الجذرية . وفــــــي الأساس لابد أن تظهر أيضا أنظمة الامتصاص لصور النيتروجين المعدني في الغشاء البلازمــــــي لخلايا الورقة حتى تكون هناك امكانية لتعويض النقص بالإضافة الورقية .
ج- الخصائص الفسيولوجية لامتصاص النيتروجين بواسطة الجذور:
سلسلة من الدراسات تم عملها على الامتصاص باستخدام 13N-or 15N-labelled NO3-والتـــــي تطبق بشكل أكبر في الزراعات المائية Hydroponically cultured plants .بالنسبة لأنمـــــاط الامتصاص للنترات تم الحصول عليها مع زيادة التركيزات الخارجية والتي يمكن تجزئتها علـــــى الأقل إلى مكونين حركيين واضحين وهما نظام النقل العالي والمنخفض الانجذاب high and low affinity transport system . وفي الأساس انتقال النترات عبر البلازما ليما للجذر يعتقد أنـــــه يتم بواسطة الHATS عند تركيز نترات داخلي حوالي 100-200µM . وهذا النظام مـــــــــــــن الامتصاص يوضح الانتقال الحركي القابل للتشبع بالKm بين 7-100µM . وفــــــوق200µM نترات فإن نظام النقل غير القابل للتشبع LATS سيصبح ظاهرا مع Km أكبر مـــــــــن ,5µM . وعموما فإنHATS يتوسط بين معدلات النقل المنخفضة والLATS العالية .(Km هو مقياس لجذب الإنزيم أو تركيز العنصر الازم لتولد نصف السرعة للإنزيم أو الناقلVmax )
امتصاص النترات يتم التحكم به بواسطة موضع التغذية بالنيتروجين للنبات . في معظم الأنــــــواع النباتية الزراعة المبدئية تحت نقص في النيتروجين الناتج في صورة زيادة معدلات امتصــــــــاص النترات عند إضافة النترات لساعات قليلة قبل قياس الانتقال . هذه القراءة لانتقال النترات تصــــــل أعلاها بعد حوالي 6ساعات من الامداد المستمر بالنترات في الذرة و12 ساعة في الشعير . بينما لم يسجل في نظام الامتصاص هذا الأمونيوم .
الزيادة في نشاط امتصاص النترات لايرجع فقط للزيادة في الVmax ولكن أيضا لنشاط مكونـــــات حركية جديدة . وبالتوسع في بيان النترات الخارجية الامداد وانخفاض معدلات الامتصاص تأكد أن امتصاص النترات يتحكم به التغذية العكسية السالبة . القابلية للاستجابة لاشارات التغذية العكسيـــــة تؤدي لانتظام امتصاص النترات في الاقتراح الأول تقترب لأن تكون النترات بذاتها . بالإضافة إلى أن رفع مستويات السيتوسول للNO2- و NH4+وAA أيضا يقمع الامتصاص الشبكي للنتـــرات . وقد وصلت التجارب التي يتم فيها تقسيم الجذور إلى أن الإشارة التي تحكم امتصاص النترات يجب
أن لا تأتي من الجذور نفسها ولكن النترات ونواتج تمثيل النترات في الأوراق يمكن أن تخـــــــــــدم كإشارة بعيدة تأكيدية لموقع النيتروجين في النبات.
د- دراسات وراثية وجزيئية على امتصاص النترات:
هناك العديد من الجينات التي ترمز لناقلات النترات الوظيفية تم عزلها من أنواع نباتية مختلفــــــــة .وباعتبار التسمية هناك اقتراح لاعادة تسمية الجينات التي ترمز لناقلات النترات العالية الانجــذاب والتي ترتبط بعائلة الجين crnA بواسطة NRT2 بينما الناقلات منخفضة الانجذاب مثل جيــــن ال CHL1 لابد أن تعرف بالNRT1 .وأيضا لتسهيل تحديد الجين فإننا من الضروري أن نؤكد علــى الأسماء الأصلية للجين .
(1)الامتصاص العالي الانجذاب للنترات(HATS):
العديد من الجينات تم عزلها من البكتيريا والنباتات الراقية والمرتبطة بامتصاص النتـــــــــــــــرات وكخصائص شائعة لهذا العدد من جينات الـ NRT2 , أن عدد نسخها تزيد بزيادة تخليق النتــــرات مما يؤكد أن تلك الناقلات تشكل مكونات تساهم في الـ (HA uptake) .وعلاوة على ذلك فــــــــإن التعبير الجيني يتركز في الجذور والذي يقمع عندما يضاف الأمونيوم أو الجلوتاميت . الصعوبــــــة الممكنة للتعبير الوظيفي ربما تكمن في احتياجها لجين آخر والذي يعمل كمكون تنظيمي. وبالتالـــي فكلاهما مهم .
(2)الامتصاص المنخفض الانجذاب للنترات(LATS) :
أول عزل لناقلات النترات تم بتقييم نباتات الـ Arabidopsis للـ chlorate . ومبيد الحشائش هذا يعمل بشكل مشابه للنترات ويمتص ومن ثم يختزل بواسطة انزيم nitrate reductase إلــــــى الـ chlorite والذي يعتبر سام .
وفيما يتعلق بذلك تك عزل أول طفرة والتي تعد ضعيفة في امتصاص النترات والكلورايت . وتــــم استخدام ادخال الـT-DNA لاحداث طفرة مقاومة للكلورايت,ومن المعروف أن تلك الصفــــــــــة المتنحية البسيطة ويظهر التعبير لها في الجذور ويظهر امتصاص النترات وينظم ذلك الرقـــــــــــم الهيدروجيني للتربة . النباتات النامية في وجود الأمونيوم وحده سيكون التعبير الجيني ضعيــــــف. وبجانب النترات تتحكم تلك الجينات في نقل أيونات أخرى مثل الكلورايد ولكن ليس الفوسفــــات أو الكبريت. وقد تم عزل الجين المتحكم في نقل النترات أيضا في الطماطم . من التحليل المفصـــــــل للتعبير الجيني لنوعين من بروتينات الطماطم LeNRT1-1 &1-2 والتي أظهرت تطابق حوالــي 88% للمعزول من الـ Arabidopsisوأوضحت أيضا اختلافين أساسيين بين هذين البروتينيــــــن أولهما أن الثاني يخلق بشكل كبير بالإضافة للنترات بينما الأول يخلق تلقائيا, والاختلاف الثاني في أن البروتين الثاني يظهر تعبيره في الشعيرات الجذرية على العكس من الأول الذي يظهر تعبيــــره بشكل أكبر في الجذر الرئيسي. وهذه الدراسات تبرهن على أن نظام الانتقال(LATS) للنتــــــرات يتوسط بين نظامين نقل منتظمين.
هـ- دراسات فسيولوجية على امتصاص الأمونيوم:
الاشارات المسئولة عن الـ strong negative down-regulation للتدفق بواسطة نظـــــــام الـ (HATS) كاستجابة لزيادة الإضافة من الأمونيوم خلال النمو لاتزال غير واضحة. اشــــــــــارات التغذية الرجعية ربما تنتج من تراكم الأمونيوم في خلايا الجذور أو من الصور الأخرى لاختـــــزال النيتروجين . بجانب انتظام التغذية العكسية فإن الـ HATS وLATS أيضا تختلف فيما يتعلـــــــق بالدرجات المثلى من الرقم الهيدروجيني . ويقترح أن كلامن الرقم الهيدروجيني العالي و/أو تركيز الأمونيوم العالي ربما تقود لمعدلات عالية من امتصاص الأمونيا ترجع لزيادة تركيز الأمونيـــــــــا والنفاذية العالية لأغشية الخلية للأمونيا مقارنة بالأمونيوم .ومع ذلك في العديد من الدراسات تفشـــل زيادة الامتصاص بزيادة الرقم الهيدروجيني . وإضافة لذلك يظهر جهد الغشاء الخلـــــــــــــــــــوي depolarized بزيادة تركيز الأمونيوم ودخول الأمونيوم بالـ HATS يكون غالبا غير حســـــــاس للرقم الهيدروجيني في المدى 4.5-9 . وكملخص تخترق الأمونيا الغشاء البلازمي اعتمادا علـــــى رقم الحموضة ,وللأسف فإن نسبة انتشارالأمونيا إلى الأمونيوم المنتقل لم يتم حسابها ودراستها.
و- تنظيم امتصاص النيتروجين المعدني بواسطة الحرارة:
تزيد درجات الحرارة المنخفضة عموما من اعتماد النباتات على الأمونيوم كمصدرنيتروجيـــــــــن معدني. أولا, عملية الـ ammonification أقل حساسية للحرارة من النترتة nitrification ممــا يترتب عليه زيادة اتاحة الأمونيوم في الأراضي الباردة. ثانيا,على الأقل في الأنواع المتحملـــــــــة للبرودة مثل الكانولا والطماطم فإن امتصاص الأمونيوم يثأثر بشكل ضئيل بانخفاض الحرارة عن امتصاص النترات . وعند مقارنة التركيب الوراثي أصناف الطماطم الحساسة للبرودة وجد أنهـــــا تستعيد فقط امتصاص النترات وليس الأمونيوم بينما الأصناف المتحملة تستعيد بسرعة امتصــاص كلا المصدرين. وهذا لايظهر فقط أن الاختلافات الوراثية توجد في الاستجابة للحرارة ولكن أيضـا في استجابة انتقال النيتروجين الغير عضوي للحرارة المنخفضة وهذه الاستجابة هي المفتاح لتحمل البرودة.
وأظهرت الدراسات أن الاحتياجات المرتبطة بالنمو للمجموع الخضري تقل بشكل واضح فـــــــــي درجات الحرارة المنخفضة مما يؤكد أن التحكم الحراري الداخلي ينظم بشكل غير مبـــــــــــــــاشر عبرمقاومة الشد للمجموع الخضري. ومن ناحية أخرى الزيادة المضاعفة في امتصاص النتـــــرات وانتقاله للمجموع الخضري التي تم تسجيلها في الجنس Brassica اقترحت أنه رجوعا إلى تعزيــز احتياجات الكربون والطاقة الازمة لميتابولزم النيتروجين فإن تنسيق تنظيم ميتابولزم الـ C/N يكون ضروري.
اختزال النترات وتمثيل الأمونيوم:
تشير التحاليل العنصرية إلى أن من 2-6% من المادة الجافة للنبات تتركب من النيتروجين في صورة أحماض أمينية وبروتينات وأحماض نووية . وصورة النيتروجين الأساسية التـــــــــي تمتص بواسطة النباتات المنزرعه هي النترات والتي يكون فيها النيتروجين في صورتــــــــــه الأكثر أكسدة . وهذا بسبب أن الأرض الزراعية غالبا جيدة التهوية وعملية المعدنة والنترتــــة ينتج عنها تحول المركبات الأمينية إلى الأمونيوم والنترات على الترتيب . وهكذا فالنتــــــرات التي تمتص بواسطة جذور النبات لابد أن تختزل من +5 إلى-3 وذلك بفعل انزيمــــــــــــــات الاختزال. وفي الأراضي الباردة والغدقة فإن النترات ليست الصورة الأساسية المتاحــــــــــــة للنيتروجين على العكس من الأمونيوم والأحماض الأمينية . ويوجد هناك نظام نقل جيـــــــــــد الخصائص للأحماض الأمينية في الجذور ولكن حتى الآن لاتوجد دراسات كافية عن أهميـــــة الأحماض الأمينية كمصدر للنيتروجين بالنسبة للنبات .
المعدنة والنترتة:
المركبات الأمينية في التربة (البروتين , الأحماض الأمينية , السكريات الأمينية ) وأيضـــــــا التسميد النيتروجيني (اليوريا) تمتص في صورة الأمونيوم من خلال نشاط الكائنات الدقيقـــة . تتحلل البروتينات إلى أحماض أمينية والتي تتأكسد لتعطي أحماض كيتونية ونشادر .باستثنـــاء إذا كانت التربة مرتفعة رقم الحموضة فإن النشادر يتحول للأمونيوم .
الأمونيوم المتولد يمكنه الارتباط مع حبيبات التربة أو يدخل لمحلول التربة أو يمتص بواسطـة جذور النبات كما يمكن أن يتحول للنيتريت وأخيرا للنترات بواسطة الكائنات الحية الدقيقـــــــة داخل التربة وتسمى هذه العملية بالنترتة .
NH4+--------->NH2OH------->[HNO]----------->NO2------------>NO3-
وعليه فالنترات تتولد نتيجة النترتة والمعدنة ويمكن أن تمتص عن طريق الجذور . ويستخـــدم النبات النترات لإعادة تكوين الأحماض الأمينية ثانية عن طريق مجموعة من الخطوات فــأولا تتحول النترات للنيتريت ومن ثم للأمونيوم قبل دخولها في تكوين الأحماض الأمينية . وفـــــي التربة الباردة والغدقة تكون نسبة النترات قليلة وذلك لأن تلك الظروف لاتلائم الكائنات التــــي تقوم بعملية النترتة .
خطوات الاختزال من النترات إلى النيتريت بواسطة (nitrate reductase):
في حين نشاط ناقلات النترات فإن النترات داخل السيتوسول يمكن أن تصل لقيم بين 1 إلـــــى 30 مليمولار. وربما تعرقل الدهون المختلفة قليلا من امتصاص النترات :
** الانتقال عبر التونوبلاست التخزين يتم في الفجوات العصارية .
** الانتقال عبر الجذور ونتقل بسرعة لأنسجة الخشب ليتم نقله للمجموع الخضري .
** الاختزال البيوكيميائي للنيتريت في الجذور أو المجموع الخضري عبر نشاط انزيم nitrate reductase .
ويعتبر هذا الانزيم مهم لأن هذا التفاعل هو أول الخطوات لتمثيل النترات وثانيا استهــــــــلاك الطاقة والاختزال الكامل للنيتروجين من( NO-3) إلى -3 (NH+4) يحتاج 8 الكترونات وقد قدر أن حوالى 20%من الالكترونات من البناء الضوئي تتجه لاختزال النترات .ثالثا , وربما الأهم من السابق أن اختزال النترات يتولد عنه تكوين سموم سيتوبلازمية cytotoxin وهــــو ناتج مطفر يسمى النيتريت. وبعيدا عن ذلك يوجد سبب آخر مهم لاستمرار تلك الخطوة عبـــر التحكم في انزيم (N.R) . والتحكم في هذا الانزيم مؤثر جدا لكي يكـــــون هناك ظبــــــــــــط للنيتريت في أنسجة النبات و انتاج النيتريت وتحوله فيما بعد للأمونيوم تكون مرتبطة مع قدرة النبات على تمثيل النترات.الهياكل الكربونية تحتاج للأمونيوم الناتج من الاختزال للنتـــــــرات لتكوين الأحماض الأمينية وميتابولزم الكربون والنيتروجين لابد أن يكونا متكاملين . في حيــن أن كلا من اختزال الكربون والنترات تحتاج لطاقة اختزال فإن تلك العمليات يمكن أن تظهــــر وكأنها متنافسة . وبالرغم من ذلك نحن نعلم أن اختزال الكربون يأخذ الجزء الأكبر من طـــاقة الاختزال المتولدة أثناء البناء الضوئي ولذا لايفضل أن تتم هاتان العمليتان في نفس الوقـــــت .
يوجد اتفاق على أن أنزيمات الطاقة والاختزال تقع في السيتوبلازم .وبناء على ما سبق فـــــإن النباتات تختزل النترات في كل من الجذور والمجموع الخضري مع تجمع أغلب الاختزال فـي المجموع الخضري . بعض الأنواع النباتية يقتصر الاختزال فيها على المجموع الخضــــــري بينما في أنواع أخرى يتركز الاختزال في الجذور . وبصفة عامة يحتاج انزيــــــم الـ nitrate reductase إلى الإضاءة وإلى التوازن بين البناء والهدم ويؤدي ذبول الأوراق إلى تقليــــــــل نشاط هذا الإنزيم وكذلك زيادة غاز ثاني أكسيد الكربون .
التحول من النيتريت إلى الأمونيوم:
يعتقد أن هذا التفاعل في البلاستيدات داخل الكلوروبلاست في الأنسجة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي وداخل البلاستيدات عديمة اللون في الجذور. وامتصاص النيتريت بواسطـــــــــــــــة الكلوروبلاست عملية معقدة وعندما تم عزل الكلوروبلاست من النباتات النامية في اليوريــــــا وجد أنها غير قادرة على امتصاص النيتريت . والطاقة الازمة لهذا التحول تتوفر بوجود الـ feredoxin وهو أحد نواتج البناء الضوئي .واختزال النيتريت إلى الأمونيوم يتم كما يلـــــي :
NO2- + 6Fdred + 8H+------------------------------------->NH4+ + 6Fdox +2H2O
في الأنسجة الغير خضراء فإن الNADPH هومصدر طاقة الاختزال وأيضا يوجد مشابهات بروتينات feredoxin والتي تشترك في الخصائص الغير وراثية غالبا مع مثيلاتها فـــــــــــي الأوراق وأهم الخصائص أنها مركبات معطية للإلكترونات .
NO2- + 3NADPH + 5H+------------------------------------->NH4+ + 3NADP+ +2H2O
نموذج التحكم في امتصاص النيتروجين بواسطة الاشارات المتولدة من الورقة خلال النمو الخضري المستمر (الرسم على اليسار) ومرحلة امتلاء القرون .
خلال النمو الخضري (اليسار) تمتص أيونات النترات بانتظام بواسطة الجذور وتنتقل عبـــــر الخشب إلى الأوراق وفي الورقة يقوم أنزيم الـN.R بانتاج الأحماض العضوية والأمينيــــــة . معظم الأحماض العضوية حديثة التكوين تنتقل للجذور حيث تنطلق مجموعة الكربوكسيـــــــل بالتيادل مع أيون النترات بينما النيتروجين حديث التمثيل يتحد مبدئيا داخل المركبـــــــــــــــات النيتروجينية في الورقة .وخلال مرحلة امتلاء الثمار (الرسم على اليمين) تبدأ شيخوخــــــــــة الأوراق ومعظم الأحماض الأمينية في الأوراق تتجه للثمار وعليه يكــــــون اللحــــاء غـــــني بالمركبات الأمينية مما يكبح امتصاص النترات وبالتالي يقل اختزال النترات .
ماهي العوامل التي تتحكم في امتصاص النترات:
التجارب على كل من النترات المتاحة ومعدل نمو النبات أظهرت أن امتصاص النتــــــــــرات محكوم بشكل رئيسي بانتظام العمليات التي تنسق امتصاص النترات وانتاج الكتلة النباتيــــــــة (البناء الضوئي) . وفي النباتات الراقية يوجد نوعين من الاختلاف في معدل امتصـــــــــــاص النترات وهي :
1-الاستجابة المحدودة للتغيرات في العوامل البيئية كالكثافة الضوئية والحرارة والظــــروف الإجهاد
2-التغيرات التي تحدث خلال التطور النباتي .
ففي الحالة الأولى عندما يحدث تعارض بين المخزون الداخلي من النيتروجين ومعدل النمــــو فإن امتصاص النترات يختلف ولذا فإن القدر من النيتروجين المتبقي في التجمعات الداخليـــــة المختلفة يثبت نسبيا . وخلال التطور يختلف امتصاص النترات بشكل مفاجئ . امتصـــــــاص النترات لكل وحدة وزن من الجذور تختلف باختلاف مرحلة النمو النباتي فهي في مرحلــــــــة البادرة أقل من المراحل التالية ويتوقف امتصاص النترات في مرحلة تكون البذور.
مخزون الكربوهيدرات واحتياج النبات للنيتروجين:
هناك استنتاجات بأن مخزون الكربوهيدرات في أنسجة اللحاء ربما يكون لها دور في تنظيــــم امتصاص النترات . ونظرية النسبة بين المخزون الكربوهيدراتي :الاحتياج النيتروجيني تقـوم على حقيقة أن انتقال الأنيونات عبر الأغشية والتي تستقطب مع الوجه السالب الداخلي تحتــاج للطاقة . والقيم المحسوبة بالفعل أكدت أن امتصاص مول من النترات يتطلب من 1-2 مـــــول من الATP .ويوجد هناك ارتباط موجب بين مخزون الكربوهيدرات في الجذور وامتصـاص النترات . وهذا الارتباط لايدل على أن المخزون الكربوهيدراتي بحد ذاته هو الاشارة المنظمة لامتصاص النترات .علاوة على ذلك إذا كانت الكربوهيدرات تلعب دورا منظما في امتصاص الأيون فإن هذا الدور لن يكون متخصصا للنترات وذلك بسبب اختلاف الحاجة من الطاقـــــــة لنشاط مضخة الـ ATPase-H+ والتي تغير النشاط لجميع الناقلات معا.
امتصاص النترات والأحماض الأمينية المنتقلة عبر اللحاء:
احتياج النبات للنيتروجين ربما يعرف بأنه الفرق بين النيتروجين العضوي المنحدر مــــــــــن التمثيل السابق وقدر النيتروجين المطلوب للحفاظ على معدل نمو أمثل .الاشارات الداخليـــــــة للتغيرات الخاصة في امتصاص النترات ينبغي أن تكون الجزيئات التي يكون تركيزهـــــــــــا وتوزيعها أو استقلالها معتمدا على حاجة النبات للنيتروجين . الاستجابة أو لنقل على الأقــــــل القدر من الإشارات (س)في النبات لابد أن ترتبط بتمثيل النترات . وبدقة أكثر بعض نواتــــــج تمثيل الأمونيا لابد أن تكون متضمنة في تنظيم امتصاص النترات وذلك بسبب أن مثبطات الـ Gln synthetase وهو الإنزيم الرئيسي لتنشيط تمثيل الأمونيوم وقد سجل على أنه يمنـــــــع التأثير المثبط للأمونيوم على امتصاص النترات . وعند إضافته للبيئة المغذية العديـــــد مـــــن الأحماض الأمينية تثبط امتصاص النترات من قبل الجذور . وهذا التأثير الغير مرغوب يحدث نتيجة للتداخل بين الأحماض الأمينية الخارجية مع الجزء الخارجي من الغشاء البلازمـــــــــي لخلايا الجذر . وإضافة لذلك عندما تنقل الشتلات لمحلول يحتوي أحماض أمينية حرة فـــــــإن معدلات امتصاص النترات لن تجدد لبضع ساعات .ودور الأحماض الأمينية في امتصـــــاص النترات أيضا يمكن دراسته في الفلقات المنبثقة للبادرات الحديثة في محلول مركز مـــــــــــــن الأحماض الأمينية . وبتلك التقنية معدلات نقل اللحاء للأحماض الأمينية المختلفة سوف تزيد . بعض الأحماض الأمينية مثل الأرجينـــين والأليســـين والجلايسيــــن تعتبر مثبطـــات قويــــة لامتصاص النترات وبعضها قليلة التأثير والبعض منها ليس له تأثير .
التحكم في امتصاص النترات عن طريق الحاجة للنيتروجين : الاشارة المكثفة.
المعدل الشبكي لامتصاص النترات غالبا أقل بشكل واضح عن القدرة على الامتصـــــــــــاص بواسطة الجذور. وهذا يؤكد أن معدل امتصاص النترات تحت التحكم السالب وهكذا تكـــــــون الرغبة الكبيرة لخفضه عن طريق الاشارات المكثفة عن تمثيله عن طريق اشارة الحاجـــــــــة الموجبة.
المواد المصنعة في الأوراق والتحكم في امتصاص النترات:
التحكم في امتصاص النترات بكل من الأحماض الأمينية والأحماض العضوية ربما في البداية وللوهلة الأولى تبدو متناقضة وذلك بسبب أن تلك الاشارتين لهما تأثير متضاد .وبالرغم مــــن ذلك فإن هذين النوعين من المركبات على العموم لاتنتج بكميات متعادلة . وبشكل عام مـــعدل
امتصاص النترات لابد أن يخضع لكلا من المعدل المنخفض لانتقال الأحماض العضويـــــــــة والتركيز العالي للأحماض الأمينية في أنسجة اللحاء
أ-صور النيتروجين المتاح :
يوجد العديد من الصور للنيتروجين في بيئة نمو النبات والتي تتضمن النيتروجين الجزيئـــــــي N2 والأمونيا وأكاسيد النيتروجين(NH3,NOX) والنيتروجين المعدني (NO3‾,NH4+) وأخيـــــــــــرا النيتروجين العضوي (الأحماض الأمينية والببتيدات ---إلخ) .وفيما يتعلق باحتياجات النبات العاليــة من النيتروجين فإنه ليس من المفاجئ أن النباتات تسطيع استخدام جميع صور النيتروجين باستثنــاء النيتروجين الجزيئي والذي تسطيع الاستفادة منه أنواع معينة من النباتات والتي تستطيع التعايش مع البكتيريا المثبتة للنيتروجين .ومع ذلك فإن الانتفاع لتلك الصور من النيتروجين يقاس بشدة بالبيئــــة وجزئيا ظروف التربة تحدد صور النيتروجين المختلفة.ففي التربة جيدة التهوية فإن أكثر صــــــور النيتروجين إتاحة هي النيتروجين المعدني خاصة النترات بينما يسود الأمونيوم في الأراضي التـــي يثبط فيها النترتة nitrification على سبيل المثال الأراضي الغدقة أو الباردة.
تحت الظروف الزراعية فإن تركيز النترات يتراوح من 5. إلى 10 مليموز بينما يتراوح تركيــــــز الأمونيوم من10 إلى 1000 مرة أقل يصل لمدى المليمولار فقط في حالات استثنائية مثل بــــــــعد التسميد. ومن ناحية أخرى هذه الاختلافات في تركيز التربة لاتعكس نسبة الامتصاص لصورتـــــي النيتروجين في حين أن معظم النباتات تمتص بشكل واضح الأمونيوم عند توفر الصورتيـــــــــــــن ومحدودية إضافة النيتروجين. وبالرغم من ذلك فإن اسهام الأمونيوم للتغذية بالنيتروجين ربمــــــــا تكون سهلة القياس على طول المستويات المنخفضة من من الأمونيوم في التربة تعتبر ناتجة فقـــــط من النترتة المستمرة.وعندما تكون معدلات المعدنة منخفضة بسبب الPHالحامضي والحــــــــرارة المنخفضة وانخفاض النشاط الميكروبي فإن الأحماض الأمينية يمكن أن تصبح مصدرا مهمــــــــــا للنيتروجين. انتقال النيتروجين من الكائنات المثبتة للنيتروجين الجوي يسهم بشكل كبير في التغذيــة النيتروجينية لبعض الأنواع النباتية كما أنه يقلل من الإضافات للنيتروجين المعدني للتربة. في حيـن أن الاستفادة من النيتروجين الجوي يمكن توظيفه في تعزيز الانتاج الزراعي للنبات فإن اسهــــــــام الNH3 و NO2 في تغذية النبات مختلف تماما . خصوصا عند الإضافة المنخفضة مــــــــــــــــن النيتروجين فإن النباتات تبدأ في استخدام المصادر الغازية والتي هي قليلة الأهمية في مجــــــــــــال امتصاص النيتروجين . وصور امتصاص النيتروجين تحدد أيضا بتفضيل النبات لأي صــــــــــور النيتروجين. وفي معظم الحالات فإن تفضيل النبات يحدد صورة امتصاص النيتروجين في حـــــال وجود مستويات ملائمة أو زائدة من النيتروجين بما يحقق التوازن بين الأنيونات والكاتيونــــــــــات (cation/anion balanced) . والجزء التالي سيوضح الجوانب الفسيولوجية والجزيئيـــــــــــــــة لامتصاص النيتروجين.
ب-مواقع امتصاص النيتروجين:
في عرض المدى الواسع لصور النيتروجين المختلفة والمتاحة للنباتات فإن هناك مسارات مختلفـــة تستخدم داخل خلايا النباتات لامتصاص النيتروجين. فعلى مستوى الجذور, الامتصاص الداخلـــــي لصور النيتروجين المعدني أو العضوي تحدث عبر الغشاء البلازمي لخلايا البشرة والقشــــــــــرة . ولزيادة مسطح الامتصاص للعناصر الغذائية فإن منطقة الجذور القمية تغطى بالشعيرات الجذريـــة والتي يمكنها أن تشكل ما يعادل من 70إلى 80% من المسطح الجذري الكلي. وتبقى الشعيــــــرات الجذرية وظيفية فقط لفترة قصيرة حوالى أيام قليلة قبل موتها . وهكذا فإن امتصاص العناصـــــــــر بواسطة الشعيرات الجذرية تتطلب من ناحية أنظمة نقل وحركة عالية ولكن من ناحية أخرى ضمان كفاءة استخلاص العناصر من التربة والتي تعد مهمة جزئيا للعناصر قليلة الحركة في التربة . ولابد أن يوجه الاهتمام بشكل خاص لناقلات النيتروجين في الغشاء الخلوي للشعيرات الجذرية . وفــــــي الأساس لابد أن تظهر أيضا أنظمة الامتصاص لصور النيتروجين المعدني في الغشاء البلازمــــــي لخلايا الورقة حتى تكون هناك امكانية لتعويض النقص بالإضافة الورقية .
ج- الخصائص الفسيولوجية لامتصاص النيتروجين بواسطة الجذور:
سلسلة من الدراسات تم عملها على الامتصاص باستخدام 13N-or 15N-labelled NO3-والتـــــي تطبق بشكل أكبر في الزراعات المائية Hydroponically cultured plants .بالنسبة لأنمـــــاط الامتصاص للنترات تم الحصول عليها مع زيادة التركيزات الخارجية والتي يمكن تجزئتها علـــــى الأقل إلى مكونين حركيين واضحين وهما نظام النقل العالي والمنخفض الانجذاب high and low affinity transport system . وفي الأساس انتقال النترات عبر البلازما ليما للجذر يعتقد أنـــــه يتم بواسطة الHATS عند تركيز نترات داخلي حوالي 100-200µM . وهذا النظام مـــــــــــــن الامتصاص يوضح الانتقال الحركي القابل للتشبع بالKm بين 7-100µM . وفــــــوق200µM نترات فإن نظام النقل غير القابل للتشبع LATS سيصبح ظاهرا مع Km أكبر مـــــــــن ,5µM . وعموما فإنHATS يتوسط بين معدلات النقل المنخفضة والLATS العالية .(Km هو مقياس لجذب الإنزيم أو تركيز العنصر الازم لتولد نصف السرعة للإنزيم أو الناقلVmax )
امتصاص النترات يتم التحكم به بواسطة موضع التغذية بالنيتروجين للنبات . في معظم الأنــــــواع النباتية الزراعة المبدئية تحت نقص في النيتروجين الناتج في صورة زيادة معدلات امتصــــــــاص النترات عند إضافة النترات لساعات قليلة قبل قياس الانتقال . هذه القراءة لانتقال النترات تصــــــل أعلاها بعد حوالي 6ساعات من الامداد المستمر بالنترات في الذرة و12 ساعة في الشعير . بينما لم يسجل في نظام الامتصاص هذا الأمونيوم .
الزيادة في نشاط امتصاص النترات لايرجع فقط للزيادة في الVmax ولكن أيضا لنشاط مكونـــــات حركية جديدة . وبالتوسع في بيان النترات الخارجية الامداد وانخفاض معدلات الامتصاص تأكد أن امتصاص النترات يتحكم به التغذية العكسية السالبة . القابلية للاستجابة لاشارات التغذية العكسيـــــة تؤدي لانتظام امتصاص النترات في الاقتراح الأول تقترب لأن تكون النترات بذاتها . بالإضافة إلى أن رفع مستويات السيتوسول للNO2- و NH4+وAA أيضا يقمع الامتصاص الشبكي للنتـــرات . وقد وصلت التجارب التي يتم فيها تقسيم الجذور إلى أن الإشارة التي تحكم امتصاص النترات يجب
أن لا تأتي من الجذور نفسها ولكن النترات ونواتج تمثيل النترات في الأوراق يمكن أن تخـــــــــــدم كإشارة بعيدة تأكيدية لموقع النيتروجين في النبات.
د- دراسات وراثية وجزيئية على امتصاص النترات:
هناك العديد من الجينات التي ترمز لناقلات النترات الوظيفية تم عزلها من أنواع نباتية مختلفــــــــة .وباعتبار التسمية هناك اقتراح لاعادة تسمية الجينات التي ترمز لناقلات النترات العالية الانجــذاب والتي ترتبط بعائلة الجين crnA بواسطة NRT2 بينما الناقلات منخفضة الانجذاب مثل جيــــن ال CHL1 لابد أن تعرف بالNRT1 .وأيضا لتسهيل تحديد الجين فإننا من الضروري أن نؤكد علــى الأسماء الأصلية للجين .
(1)الامتصاص العالي الانجذاب للنترات(HATS):
العديد من الجينات تم عزلها من البكتيريا والنباتات الراقية والمرتبطة بامتصاص النتـــــــــــــــرات وكخصائص شائعة لهذا العدد من جينات الـ NRT2 , أن عدد نسخها تزيد بزيادة تخليق النتــــرات مما يؤكد أن تلك الناقلات تشكل مكونات تساهم في الـ (HA uptake) .وعلاوة على ذلك فــــــــإن التعبير الجيني يتركز في الجذور والذي يقمع عندما يضاف الأمونيوم أو الجلوتاميت . الصعوبــــــة الممكنة للتعبير الوظيفي ربما تكمن في احتياجها لجين آخر والذي يعمل كمكون تنظيمي. وبالتالـــي فكلاهما مهم .
(2)الامتصاص المنخفض الانجذاب للنترات(LATS) :
أول عزل لناقلات النترات تم بتقييم نباتات الـ Arabidopsis للـ chlorate . ومبيد الحشائش هذا يعمل بشكل مشابه للنترات ويمتص ومن ثم يختزل بواسطة انزيم nitrate reductase إلــــــى الـ chlorite والذي يعتبر سام .
وفيما يتعلق بذلك تك عزل أول طفرة والتي تعد ضعيفة في امتصاص النترات والكلورايت . وتــــم استخدام ادخال الـT-DNA لاحداث طفرة مقاومة للكلورايت,ومن المعروف أن تلك الصفــــــــــة المتنحية البسيطة ويظهر التعبير لها في الجذور ويظهر امتصاص النترات وينظم ذلك الرقـــــــــــم الهيدروجيني للتربة . النباتات النامية في وجود الأمونيوم وحده سيكون التعبير الجيني ضعيــــــف. وبجانب النترات تتحكم تلك الجينات في نقل أيونات أخرى مثل الكلورايد ولكن ليس الفوسفــــات أو الكبريت. وقد تم عزل الجين المتحكم في نقل النترات أيضا في الطماطم . من التحليل المفصـــــــل للتعبير الجيني لنوعين من بروتينات الطماطم LeNRT1-1 &1-2 والتي أظهرت تطابق حوالــي 88% للمعزول من الـ Arabidopsisوأوضحت أيضا اختلافين أساسيين بين هذين البروتينيــــــن أولهما أن الثاني يخلق بشكل كبير بالإضافة للنترات بينما الأول يخلق تلقائيا, والاختلاف الثاني في أن البروتين الثاني يظهر تعبيره في الشعيرات الجذرية على العكس من الأول الذي يظهر تعبيــــره بشكل أكبر في الجذر الرئيسي. وهذه الدراسات تبرهن على أن نظام الانتقال(LATS) للنتــــــرات يتوسط بين نظامين نقل منتظمين.
هـ- دراسات فسيولوجية على امتصاص الأمونيوم:
الاشارات المسئولة عن الـ strong negative down-regulation للتدفق بواسطة نظـــــــام الـ (HATS) كاستجابة لزيادة الإضافة من الأمونيوم خلال النمو لاتزال غير واضحة. اشــــــــــارات التغذية الرجعية ربما تنتج من تراكم الأمونيوم في خلايا الجذور أو من الصور الأخرى لاختـــــزال النيتروجين . بجانب انتظام التغذية العكسية فإن الـ HATS وLATS أيضا تختلف فيما يتعلـــــــق بالدرجات المثلى من الرقم الهيدروجيني . ويقترح أن كلامن الرقم الهيدروجيني العالي و/أو تركيز الأمونيوم العالي ربما تقود لمعدلات عالية من امتصاص الأمونيا ترجع لزيادة تركيز الأمونيـــــــــا والنفاذية العالية لأغشية الخلية للأمونيا مقارنة بالأمونيوم .ومع ذلك في العديد من الدراسات تفشـــل زيادة الامتصاص بزيادة الرقم الهيدروجيني . وإضافة لذلك يظهر جهد الغشاء الخلـــــــــــــــــــوي depolarized بزيادة تركيز الأمونيوم ودخول الأمونيوم بالـ HATS يكون غالبا غير حســـــــاس للرقم الهيدروجيني في المدى 4.5-9 . وكملخص تخترق الأمونيا الغشاء البلازمي اعتمادا علـــــى رقم الحموضة ,وللأسف فإن نسبة انتشارالأمونيا إلى الأمونيوم المنتقل لم يتم حسابها ودراستها.
و- تنظيم امتصاص النيتروجين المعدني بواسطة الحرارة:
تزيد درجات الحرارة المنخفضة عموما من اعتماد النباتات على الأمونيوم كمصدرنيتروجيـــــــــن معدني. أولا, عملية الـ ammonification أقل حساسية للحرارة من النترتة nitrification ممــا يترتب عليه زيادة اتاحة الأمونيوم في الأراضي الباردة. ثانيا,على الأقل في الأنواع المتحملـــــــــة للبرودة مثل الكانولا والطماطم فإن امتصاص الأمونيوم يثأثر بشكل ضئيل بانخفاض الحرارة عن امتصاص النترات . وعند مقارنة التركيب الوراثي أصناف الطماطم الحساسة للبرودة وجد أنهـــــا تستعيد فقط امتصاص النترات وليس الأمونيوم بينما الأصناف المتحملة تستعيد بسرعة امتصــاص كلا المصدرين. وهذا لايظهر فقط أن الاختلافات الوراثية توجد في الاستجابة للحرارة ولكن أيضـا في استجابة انتقال النيتروجين الغير عضوي للحرارة المنخفضة وهذه الاستجابة هي المفتاح لتحمل البرودة.
وأظهرت الدراسات أن الاحتياجات المرتبطة بالنمو للمجموع الخضري تقل بشكل واضح فـــــــــي درجات الحرارة المنخفضة مما يؤكد أن التحكم الحراري الداخلي ينظم بشكل غير مبـــــــــــــــاشر عبرمقاومة الشد للمجموع الخضري. ومن ناحية أخرى الزيادة المضاعفة في امتصاص النتـــــرات وانتقاله للمجموع الخضري التي تم تسجيلها في الجنس Brassica اقترحت أنه رجوعا إلى تعزيــز احتياجات الكربون والطاقة الازمة لميتابولزم النيتروجين فإن تنسيق تنظيم ميتابولزم الـ C/N يكون ضروري.
اختزال النترات وتمثيل الأمونيوم:
تشير التحاليل العنصرية إلى أن من 2-6% من المادة الجافة للنبات تتركب من النيتروجين في صورة أحماض أمينية وبروتينات وأحماض نووية . وصورة النيتروجين الأساسية التـــــــــي تمتص بواسطة النباتات المنزرعه هي النترات والتي يكون فيها النيتروجين في صورتــــــــــه الأكثر أكسدة . وهذا بسبب أن الأرض الزراعية غالبا جيدة التهوية وعملية المعدنة والنترتــــة ينتج عنها تحول المركبات الأمينية إلى الأمونيوم والنترات على الترتيب . وهكذا فالنتــــــرات التي تمتص بواسطة جذور النبات لابد أن تختزل من +5 إلى-3 وذلك بفعل انزيمــــــــــــــات الاختزال. وفي الأراضي الباردة والغدقة فإن النترات ليست الصورة الأساسية المتاحــــــــــــة للنيتروجين على العكس من الأمونيوم والأحماض الأمينية . ويوجد هناك نظام نقل جيـــــــــــد الخصائص للأحماض الأمينية في الجذور ولكن حتى الآن لاتوجد دراسات كافية عن أهميـــــة الأحماض الأمينية كمصدر للنيتروجين بالنسبة للنبات .
المعدنة والنترتة:
المركبات الأمينية في التربة (البروتين , الأحماض الأمينية , السكريات الأمينية ) وأيضـــــــا التسميد النيتروجيني (اليوريا) تمتص في صورة الأمونيوم من خلال نشاط الكائنات الدقيقـــة . تتحلل البروتينات إلى أحماض أمينية والتي تتأكسد لتعطي أحماض كيتونية ونشادر .باستثنـــاء إذا كانت التربة مرتفعة رقم الحموضة فإن النشادر يتحول للأمونيوم .
الأمونيوم المتولد يمكنه الارتباط مع حبيبات التربة أو يدخل لمحلول التربة أو يمتص بواسطـة جذور النبات كما يمكن أن يتحول للنيتريت وأخيرا للنترات بواسطة الكائنات الحية الدقيقـــــــة داخل التربة وتسمى هذه العملية بالنترتة .
NH4+--------->NH2OH------->[HNO]----------->NO2------------>NO3-
وعليه فالنترات تتولد نتيجة النترتة والمعدنة ويمكن أن تمتص عن طريق الجذور . ويستخـــدم النبات النترات لإعادة تكوين الأحماض الأمينية ثانية عن طريق مجموعة من الخطوات فــأولا تتحول النترات للنيتريت ومن ثم للأمونيوم قبل دخولها في تكوين الأحماض الأمينية . وفـــــي التربة الباردة والغدقة تكون نسبة النترات قليلة وذلك لأن تلك الظروف لاتلائم الكائنات التــــي تقوم بعملية النترتة .
خطوات الاختزال من النترات إلى النيتريت بواسطة (nitrate reductase):
في حين نشاط ناقلات النترات فإن النترات داخل السيتوسول يمكن أن تصل لقيم بين 1 إلـــــى 30 مليمولار. وربما تعرقل الدهون المختلفة قليلا من امتصاص النترات :
** الانتقال عبر التونوبلاست التخزين يتم في الفجوات العصارية .
** الانتقال عبر الجذور ونتقل بسرعة لأنسجة الخشب ليتم نقله للمجموع الخضري .
** الاختزال البيوكيميائي للنيتريت في الجذور أو المجموع الخضري عبر نشاط انزيم nitrate reductase .
ويعتبر هذا الانزيم مهم لأن هذا التفاعل هو أول الخطوات لتمثيل النترات وثانيا استهــــــــلاك الطاقة والاختزال الكامل للنيتروجين من( NO-3) إلى -3 (NH+4) يحتاج 8 الكترونات وقد قدر أن حوالى 20%من الالكترونات من البناء الضوئي تتجه لاختزال النترات .ثالثا , وربما الأهم من السابق أن اختزال النترات يتولد عنه تكوين سموم سيتوبلازمية cytotoxin وهــــو ناتج مطفر يسمى النيتريت. وبعيدا عن ذلك يوجد سبب آخر مهم لاستمرار تلك الخطوة عبـــر التحكم في انزيم (N.R) . والتحكم في هذا الانزيم مؤثر جدا لكي يكـــــون هناك ظبــــــــــــط للنيتريت في أنسجة النبات و انتاج النيتريت وتحوله فيما بعد للأمونيوم تكون مرتبطة مع قدرة النبات على تمثيل النترات.الهياكل الكربونية تحتاج للأمونيوم الناتج من الاختزال للنتـــــــرات لتكوين الأحماض الأمينية وميتابولزم الكربون والنيتروجين لابد أن يكونا متكاملين . في حيــن أن كلا من اختزال الكربون والنترات تحتاج لطاقة اختزال فإن تلك العمليات يمكن أن تظهــــر وكأنها متنافسة . وبالرغم من ذلك نحن نعلم أن اختزال الكربون يأخذ الجزء الأكبر من طـــاقة الاختزال المتولدة أثناء البناء الضوئي ولذا لايفضل أن تتم هاتان العمليتان في نفس الوقـــــت .
يوجد اتفاق على أن أنزيمات الطاقة والاختزال تقع في السيتوبلازم .وبناء على ما سبق فـــــإن النباتات تختزل النترات في كل من الجذور والمجموع الخضري مع تجمع أغلب الاختزال فـي المجموع الخضري . بعض الأنواع النباتية يقتصر الاختزال فيها على المجموع الخضــــــري بينما في أنواع أخرى يتركز الاختزال في الجذور . وبصفة عامة يحتاج انزيــــــم الـ nitrate reductase إلى الإضاءة وإلى التوازن بين البناء والهدم ويؤدي ذبول الأوراق إلى تقليــــــــل نشاط هذا الإنزيم وكذلك زيادة غاز ثاني أكسيد الكربون .
التحول من النيتريت إلى الأمونيوم:
يعتقد أن هذا التفاعل في البلاستيدات داخل الكلوروبلاست في الأنسجة التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي وداخل البلاستيدات عديمة اللون في الجذور. وامتصاص النيتريت بواسطـــــــــــــــة الكلوروبلاست عملية معقدة وعندما تم عزل الكلوروبلاست من النباتات النامية في اليوريــــــا وجد أنها غير قادرة على امتصاص النيتريت . والطاقة الازمة لهذا التحول تتوفر بوجود الـ feredoxin وهو أحد نواتج البناء الضوئي .واختزال النيتريت إلى الأمونيوم يتم كما يلـــــي :
NO2- + 6Fdred + 8H+------------------------------------->NH4+ + 6Fdox +2H2O
في الأنسجة الغير خضراء فإن الNADPH هومصدر طاقة الاختزال وأيضا يوجد مشابهات بروتينات feredoxin والتي تشترك في الخصائص الغير وراثية غالبا مع مثيلاتها فـــــــــــي الأوراق وأهم الخصائص أنها مركبات معطية للإلكترونات .
NO2- + 3NADPH + 5H+------------------------------------->NH4+ + 3NADP+ +2H2O
نموذج التحكم في امتصاص النيتروجين بواسطة الاشارات المتولدة من الورقة خلال النمو الخضري المستمر (الرسم على اليسار) ومرحلة امتلاء القرون .
خلال النمو الخضري (اليسار) تمتص أيونات النترات بانتظام بواسطة الجذور وتنتقل عبـــــر الخشب إلى الأوراق وفي الورقة يقوم أنزيم الـN.R بانتاج الأحماض العضوية والأمينيــــــة . معظم الأحماض العضوية حديثة التكوين تنتقل للجذور حيث تنطلق مجموعة الكربوكسيـــــــل بالتيادل مع أيون النترات بينما النيتروجين حديث التمثيل يتحد مبدئيا داخل المركبـــــــــــــــات النيتروجينية في الورقة .وخلال مرحلة امتلاء الثمار (الرسم على اليمين) تبدأ شيخوخــــــــــة الأوراق ومعظم الأحماض الأمينية في الأوراق تتجه للثمار وعليه يكــــــون اللحــــاء غـــــني بالمركبات الأمينية مما يكبح امتصاص النترات وبالتالي يقل اختزال النترات .
ماهي العوامل التي تتحكم في امتصاص النترات:
التجارب على كل من النترات المتاحة ومعدل نمو النبات أظهرت أن امتصاص النتــــــــــرات محكوم بشكل رئيسي بانتظام العمليات التي تنسق امتصاص النترات وانتاج الكتلة النباتيــــــــة (البناء الضوئي) . وفي النباتات الراقية يوجد نوعين من الاختلاف في معدل امتصـــــــــــاص النترات وهي :
1-الاستجابة المحدودة للتغيرات في العوامل البيئية كالكثافة الضوئية والحرارة والظــــروف الإجهاد
2-التغيرات التي تحدث خلال التطور النباتي .
ففي الحالة الأولى عندما يحدث تعارض بين المخزون الداخلي من النيتروجين ومعدل النمــــو فإن امتصاص النترات يختلف ولذا فإن القدر من النيتروجين المتبقي في التجمعات الداخليـــــة المختلفة يثبت نسبيا . وخلال التطور يختلف امتصاص النترات بشكل مفاجئ . امتصـــــــاص النترات لكل وحدة وزن من الجذور تختلف باختلاف مرحلة النمو النباتي فهي في مرحلــــــــة البادرة أقل من المراحل التالية ويتوقف امتصاص النترات في مرحلة تكون البذور.
مخزون الكربوهيدرات واحتياج النبات للنيتروجين:
هناك استنتاجات بأن مخزون الكربوهيدرات في أنسجة اللحاء ربما يكون لها دور في تنظيــــم امتصاص النترات . ونظرية النسبة بين المخزون الكربوهيدراتي :الاحتياج النيتروجيني تقـوم على حقيقة أن انتقال الأنيونات عبر الأغشية والتي تستقطب مع الوجه السالب الداخلي تحتــاج للطاقة . والقيم المحسوبة بالفعل أكدت أن امتصاص مول من النترات يتطلب من 1-2 مـــــول من الATP .ويوجد هناك ارتباط موجب بين مخزون الكربوهيدرات في الجذور وامتصـاص النترات . وهذا الارتباط لايدل على أن المخزون الكربوهيدراتي بحد ذاته هو الاشارة المنظمة لامتصاص النترات .علاوة على ذلك إذا كانت الكربوهيدرات تلعب دورا منظما في امتصاص الأيون فإن هذا الدور لن يكون متخصصا للنترات وذلك بسبب اختلاف الحاجة من الطاقـــــــة لنشاط مضخة الـ ATPase-H+ والتي تغير النشاط لجميع الناقلات معا.
امتصاص النترات والأحماض الأمينية المنتقلة عبر اللحاء:
احتياج النبات للنيتروجين ربما يعرف بأنه الفرق بين النيتروجين العضوي المنحدر مــــــــــن التمثيل السابق وقدر النيتروجين المطلوب للحفاظ على معدل نمو أمثل .الاشارات الداخليـــــــة للتغيرات الخاصة في امتصاص النترات ينبغي أن تكون الجزيئات التي يكون تركيزهـــــــــــا وتوزيعها أو استقلالها معتمدا على حاجة النبات للنيتروجين . الاستجابة أو لنقل على الأقــــــل القدر من الإشارات (س)في النبات لابد أن ترتبط بتمثيل النترات . وبدقة أكثر بعض نواتــــــج تمثيل الأمونيا لابد أن تكون متضمنة في تنظيم امتصاص النترات وذلك بسبب أن مثبطات الـ Gln synthetase وهو الإنزيم الرئيسي لتنشيط تمثيل الأمونيوم وقد سجل على أنه يمنـــــــع التأثير المثبط للأمونيوم على امتصاص النترات . وعند إضافته للبيئة المغذية العديـــــد مـــــن الأحماض الأمينية تثبط امتصاص النترات من قبل الجذور . وهذا التأثير الغير مرغوب يحدث نتيجة للتداخل بين الأحماض الأمينية الخارجية مع الجزء الخارجي من الغشاء البلازمـــــــــي لخلايا الجذر . وإضافة لذلك عندما تنقل الشتلات لمحلول يحتوي أحماض أمينية حرة فـــــــإن معدلات امتصاص النترات لن تجدد لبضع ساعات .ودور الأحماض الأمينية في امتصـــــاص النترات أيضا يمكن دراسته في الفلقات المنبثقة للبادرات الحديثة في محلول مركز مـــــــــــــن الأحماض الأمينية . وبتلك التقنية معدلات نقل اللحاء للأحماض الأمينية المختلفة سوف تزيد . بعض الأحماض الأمينية مثل الأرجينـــين والأليســـين والجلايسيــــن تعتبر مثبطـــات قويــــة لامتصاص النترات وبعضها قليلة التأثير والبعض منها ليس له تأثير .
التحكم في امتصاص النترات عن طريق الحاجة للنيتروجين : الاشارة المكثفة.
المعدل الشبكي لامتصاص النترات غالبا أقل بشكل واضح عن القدرة على الامتصـــــــــــاص بواسطة الجذور. وهذا يؤكد أن معدل امتصاص النترات تحت التحكم السالب وهكذا تكـــــــون الرغبة الكبيرة لخفضه عن طريق الاشارات المكثفة عن تمثيله عن طريق اشارة الحاجـــــــــة الموجبة.
المواد المصنعة في الأوراق والتحكم في امتصاص النترات:
التحكم في امتصاص النترات بكل من الأحماض الأمينية والأحماض العضوية ربما في البداية وللوهلة الأولى تبدو متناقضة وذلك بسبب أن تلك الاشارتين لهما تأثير متضاد .وبالرغم مــــن ذلك فإن هذين النوعين من المركبات على العموم لاتنتج بكميات متعادلة . وبشكل عام مـــعدل
امتصاص النترات لابد أن يخضع لكلا من المعدل المنخفض لانتقال الأحماض العضويـــــــــة والتركيز العالي للأحماض الأمينية في أنسجة اللحاء
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق