Bài giảng Sinh học Lớp 11 - Trao đổi nitơ ở thực vật - Nguyễn Ngọc Quang

Trao đổi nitơ ở thực vật 
Họ và tên : Nguyễn Ngọc Quang 
Lớp : k8 CNTN sinh học 
Giáo viên hướng dẫn : Vũ Văn Vụ 
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 
KHOA SINH HỌC 
Nội Dung 
Vai trò của nitơ đối với thực vật 
Các nguồn nitơ – chu trình nitơ trong tự nhiên 
Quá trình cố định nitơ khí quyển 
Quá trình chuyển hoá nitơ trong cây 
Nội Dung 
Vai trò của nitơ đối với thực vật 
Các nguồn nitơ – chu trình nitơ trong tự nhiên 
Quá trình cố định nitơ khí quyển 
Quá trình chuyển hoá nitơ trong cây 
Vai trò của nitơ đối với thực vật 
1. 	 Có trong thành phần của hầu hết các chất trong cây : 
Protein; 
Axit nucleic; 
Các sắc tố quang hợp ; 
Các hợp chất dự trữ năng lượng : ATP, ADP; 
Các chất điều hoà sinh trưởng  
Vai trò của nitơ đối với thực vật 
2. 	 Tham gia trong các quá trình trao đổi chất và năng lượng 
→ Có vai trò quyết định đến toàn bộ các quá trình sinh lý của cây trồng 
→ Có vai trò đặc biệt quan trọng với sự sinh trưởng , phát triển của cây  quyết định năng suất , chất lượng 
Nội Dung 
Vai trò của nitơ đối với thực vật 
Các nguồn nitơ – chu trình nitơ trong tự nhiên 
Quá trình cố định nitơ khí quyển 
Quá trình chuyển hoá nitơ trong cây 
Trong tự nhiên Nitơ tồn tại dưới hai dạng : 
Dạng tự do: N 2 tồn tại trong khí quyển 
Dạng hợp chất – Vô cơ : NH 4 + , NO 3 - 
 - Hữu cơ : các a.a , protein  
Các dạng Nitơ trên chuyển hóa lẫn nhau nhờ hoạt động của sinh vật tao nên chu trình nitơ trong tự nhiên : 
Các dạng nitơ cung cấp cho cây 
Quá trình tổng hợp hoá học : 3-5kg/ha/năm 
Quá trình cố định nhờ vi khuẩn và vi khuẩn lam sống tự do: 10-15kg/ha/năm 
Quá trình cố địng nhờ vi khuẩn và tảo sống cộng sinh : 150-200kg/ha/năm 
Từ xác động vật , thực vật và vi sinh vật 
Nguồn nitơ con người trả lại sau thu hoạch 
Nội Dung 
Vai trò của nitơ đối với thực vật 
Các nguồn nitơ – chu trình nitơ trong tự nhiên 
Quá trình cố định nitơ khí quyển 
Quá trình chuyển hoá nitơ trong cây 
Trong không khí N 2 chiếm 78,16% nhưng thực vật không sử dụng được do trong phân tử có liên kết ba 
 → Cần năng lượng rất lớn để cắt đứt liên kết này : 255 kcal/M 
→ Chỉ số vi khuẩn có enzym Nitrogenaza và lực khử mạnh  khử Nitơ phân tử thành dạng amon . 
Trong tự nhiên có ba con đường cố định nitơ 
Quá trình hóc học 
Quá trình cố định nhờ vi khuẩn sống tự do 
Quá trình cố định vi khuẩn và vi khuẩn lam sống cộng sinh 
1.	 Quá trình hóa học 
Đòi hỏi nhiệt độ và áp suất rất cao 
Hiệu suất thường thâp 
Chỉ xảy ra khi có sấm sét hay hoạt động của núi lửa 
Ngày nay con người đã sử dụng phương pháp hoá học rất phổ biến để chế tạo phân đạm 
 N 2 + O 2 = 2NO 
 2NO + O 2 = 2NO 2 
 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 = 4HNO 3 
2.	 Quá trình cố định nhờ vi khuẩn sống tự do 
Vi khuẩn hiếu khí thuộc chi: Azotobacte r và Beijerinckia 
Vi khuẩn kị khí thuộc chi: Clostridium 
Vi khuẩn lam sống tự do thuộc chi anabaena 
 Tuy nhiên sản phẩm cố định không nhiều nên ít có ứng dụng trong thực tế 
3.	 Quá trình cố định vi khuẩn và vi khuẩn lam sống cộng sinh  
Vi khuẩn lam sống cộng sinh trong bèo hoa dâu 
Chi nấm Actinomyces sống cộng sinh trong rễ của cây hai lá mầm 
Vi khuẩn nốt sần cộng sinh với cây họ đậu 
Vi khuẩn lam sống cộng sinh trong  bèo hoa dâu  
Những vi khuẩn lam thuộc chi: Anabaena azollae 
Bèo hoa dâu là một loại dương xỉ thuộc chi Azollae 
Ở Việt Nam có chi Azollae pinata 
Điều kiện cực thuân : 
 Nhiệt độ : 20 – 30 0 C 
 Độ ẩm không khí : 85 – 90% 
 Độ chiếu sáng 2000 – 4000 lux 
 Bón đủ photphat và kali 
 Bón vôi để trung hoà 
Vi khuẩn nốt sần cộng sinh với  cây họ đậu  
1866 H. Hellriegel và H. Wilfarth phát hiện nhữnga cây họ đậu có khả năng cố định nitơ 
1888 M.W. Beijerinck phân lập được vi khuẩn này và đặt tên cho nó là : Bacillus radicicola 
Năm 1889 B. Frank xếp nó và một chi riêng là Rhizobium 
Ngày nay ngươi ta đã mô tả được 11.000 loài thuộc họ đâu và 1200 có khả năng tạo nốt sần trong đó có 133 loài không cố định nitơ 
Những chi chính của Rhizobia 
 Cấu tạo 
Khi còn non tế bào có hình que với kích thước : 0,5-0,9 x 1,2-3,0 µm, bắt mấu thuốc nhuộm đồng đều , có khả năng di động nhờ tiên mao 
Khi già tế bào có dạng hình cầu , bất động , bắt màu thuốc nhuộm alinin không đều 
Khi nuôi cấy nhân tạo các tế bào chúng thường phát triển thành các khuẩn ty giả 
Cấu tạo nốt sần 
Vỏ nốt sần 
Vùng phân chia mạnh mẽ 
Vùng mô bị xâm nhiễm 
Hệ thống mạch của nốt sần 
Cấu tạo nốt sần 
Có hai loại nốt sần 
Nốt sần vô hiệu : Có kích thước nhỏ , thường tập chung ở các rễ bên 
Nốt sần hữu hiệu : Có kích thước lớn , tập chung ở rễ cái . 
Khi nghiên cứu các nốt sần hữu hiệu người ta tách được chất tạo nên màu hồng của nốt sần là leghemoglobin 
Leghemoglobin có cấu tạo giống hemoglobin gồm 2 thành phần : 
 + 1 có điểm đẳng điện là pH=4,4 và KHPT là 16800 đvC 
 + 1 có điểm đẳng điện là pH=4,7 và KLPT là 15400 đvC 
 Khi phân tích thành phần thu được 29% là Fe 
 → Chúng có vai trò quan trọng trong vận chuyển O 2 
Quá trình hình thành nốt sần 
Mỗt loài Vk chỉ có thể hình thành nốt sấn trên một loài cây họ đậu xác định 
Sự xâm nhập và hình thành nốt sần là một cơ chế phức tạp được điều hoà bởi gen 
Người ta đã xác định đựơc gen tham gia quá trình đó : 
 + Ở thực vật là : nod: + nodP , nodQ , nodH 
 + nodE , nodF , nodL 
 + Ở vi khuẩn là : nodA , nodB , nodC và nodD trong đó nodD có vai trò hoạt hoá 
Cơ chế phân tử quá trình  cố định N 2 
	 Điều kiện để có quá trình cố định Nitơ khí quyển 
Có các lực khử mạnh : Fed-H 2 , NAD-H 2 , 
 FAD-H 2 ; 
Được cung cấp năng lượng ATP; 
Có sự tham gia của enzym Nitrogenaza ; 
Thực hiện trong điều kiện gần như kị khí . 
Nguồn lực khử và năng lượng 
Do đối tượng có khả năng cố định Nitơ tự tạo ra ; 
Lấy ra từ quá trình quang hợp , hô hấp , lên men của đối tượng cộng sinh cung cấp . 
Nitrogenase 
Là một phức hệ protein gồm hai thành phần 
 Protein sắt hay nitrogenaza khử hay thành phần II, gồm hai tiểu phần đồng nhất có khối lượng 2x2900đvC 
Protein sắt – molipden hay thành phần I có khối lượng là 220.000 đvC chứa 2Mo, 30Fe và 20-30S gồm 4 tiểu phần : 2x50 và 2x60.000 
IV. Quá trình biến đổi Nitơ trong cây 
Quá trình amon hoá : NO 3 - → NH 4 + 
Quá trình hình thành axit amin . 
Quá trình amon hoá 
Cây hút từ đất : NO 3 - và NH 4 + 
Cây chỉ cần NH 4 + để hình thành axit amin ; 
 → Cần biến đổi NO 3 - → NH 4 + 
Các chất cần cho quá trình  khử Nitrat 
Flavoprotein ( enzym có cofecmen là 
 FAD + kim loại hoạt hoá Mo, Cu, Mn , Mg): 
Nitratreductaza ; 
Nitritreductaza ; 
Hiponitritreductaza ; 
Hidroxylaminreductaza . 
Các chất cho e - : NADPH 2 , NADH 2 , Fed-H 2 
Cơ chế 
*	 Giai đoạn 1: Được xúc tác bởi nitrat-riductaza , sảy ra sự khử hai điện tử của nitrat thành nitrit : 
 NADH (NADPH) e → FAD e → Fe 4 S 4 e → →Mo→NO 3 - →NO 2 - 
 *	 Giai đoạn 2: do nitrit xúc tác có sự chuyển 6 điện tử : 
 NO 2 - + 8H + + 6e → NH 4 + + 2H 2 O 
Quá trình hình thành axit amin 
 Quá trình hô hấp của cây  xetoaxit 
 R-COOH; 
 Quá trình tổng hợp glutamin và glutamat 
 Quá trình trao đổi NH 2  các xetoaxit → 
 → a.a 
 - 4 phản ứng hình thành các axit amin ; 
Các phản ứng chuyển amin hoá  20 axit amin  các protein + các hợp chất thứ cấp . 
4 phản ứng chuyển amin hoá hình thành axit amin 
Xetoglutaric +R- NH 2  glutamin ; 
Axit pyruvic +R-NH 2  alanin ; 
Axit fumaric + R-NH 2  aspartic; 
Axit oxaloaxectic + NH 4 +  aspartic. 
 ( R- NH 2 là Glu hay Gln có sự xúc tác của glutamin - aminotransferases ) 
Cơ chế hoạt động của  glutamin - aminotransferases 
Xin chân thành cảm ơn