?Nitrogen fixation in the soil: How is it done

 b-biotech-blog

1.    مقدمة:

 

 في تدوينات  سابقة  تعرفنا عى علوم الجذور  وأنواعها واستيطانها وظائفها و على المخاط النباتي وعلى  مفرزات الجذروأنواعها ووظائفها   ومركباتها  وعلى التصنيف الحجمي والأدوار الوظيفية  والإيكولوجية لسكان الرايزوسفير  ، ثم عرجنا  على مفهوم الرايزوسفير ودوره في دعم الزراعة و الأمن الغذائي  ,   في دعم الترفيه والتسلية والسياحة والثقافة  والصحة و الصحة النباتية و الزراعة العضوية و عرفنا الرايزوسفير و الميكوريزوسفير  و الهايفوسفير  والفروق بينهم  وعلى أسس تصنيف أحيار الرايزوسفير    ونشاطاتها المختلفة وعلاقاتها الحيوية والإيكولوجية ، كما تعرفنا على  أشهر البقوليات الشجرية المثبتة للنيتروجين وعلى  الفايتوسفيرو الفايلوسفير والعوامل المتحكمة في تنوعه الميكروبي. كما سلطنا الضوء على مفرزات الجذور :طرق تحررها والعوامل المتحكمة في كميتها وتركيبها. وفي هذه التدوينة سنتعرف على تثبيت النيتروجين في التربة : كيف يتم ؟

2. تثبيت النيتروجين في التربة : كيف يتم ؟

النيتروجين (N) هو أكثر العناصر الغذائية أهمية لنمو النبات وإنتاجيته. على الرغم من وجود حوالي 78٪ N2 في الغلاف الجوي ، إلا أنه غير متوفر للنباتات النامية. يتم تحويل N2 في الغلاف الجوي إلى أشكال نباتية قابلة للاستخدام عن طريق التثبيت البيولوجي (BNF) N2 الذي يحول النيتروجين إلى أمونيا عن طريق الكائنات الدقيقة المثبتة للنيتروجين باستخدام نظام إنزيم معقد يعرف باسم nitrogenase  . في الواقع ، يمثل BNF ما يقرب من ثلثي النيتروجين المثبت عالميًا ، بينما يتم تصنيع باقي النيتروجين صناعيًا. يحدث التثبيت البيولوجي للنيتروجين ، بشكل عام في درجات حرارة معتدلة ، عن طريق الكائنات الدقيقة المثبتة للنيتروجين ، والتي تنتشر على نطاق واسع في الطبيعة .علاوة على ذلك ، يمثل BNF بديلاً مفيدًا اقتصاديًا وسليم بيئيًا للأسمدة الكيماوية .

يتم تصنيف الكائنات الحية المثبتة للنيتروجين بشكل عام على أنها (أ) بكتيريا تثبيت تكافلية لـ N2  ( جدول 29)بما في ذلك أفراد عائلة rhizobiaceae التي تشكل تعايشًا مع النباتات البقولية عشبية أو شجرية (مثل الريزوبيا) والأشجار غير البقولية (مثل Frankia) و (ب) أشكال تثبيت النيتروجين غير التكافلية (الكائنات الحية الحرة والمترافقة والداخلية) مثل البكتيريا الزرقاء (أنابينا ، نوستوك) ، أزوسبيريلوم ، أزوتوباكتر ، Gluconoacetobacter diazotrophicus و Azocarus .ومع ذلك ، توفر بكتيريا تثبيت النيتروجين غير التكافلية كمية صغيرة فقط من النيتروجين الثابت الذي يتطلبه النبات المضيف المرتبط بالبكتيريا . البكتيريا التكافلية المثبتة للنيتروجين داخل الجذور تنتمي لعائلة (α-protobacteria) تصيب وتؤسس علاقة تكافلية مع جذور النباتات البقولية. ينطوي إنشاء التعايش على تفاعل معقد بين المضيف والمتعايش مما يؤدي إلى تكوين عقيدات حيث تستعمر بالريزوبيا . تسمى أيضًا البكتيريا الجذرية المعززة لنمو النبات والتي تثبت N2 في النباتات غير البقولية باسم الديازوتروف القادرة على تكوين تفاعل غير ملزم مع النباتات المضيفة .

تتم عملية تثبيت N2 بواسطة إنزيم معقد ، مركب النيتروجيناز . تم تحديد ثلاثة أنظمة مختلفة لتثبيت N (أ) Mo-nitrogenase و (b) V-nitrogenase و (c) Fe-nitrogenase. من الناحية الهيكلية ، يختلف نظام تثبيت N2 باختلاف الأجناس البكتيرية. يتم تنفيذ معظم عمليات التثبيت البيولوجي للنيتروجين عن طريق نشاط نيتروجين الموليبدينوم الموجود في جميع أنواع الديازوتروف.

تم العثور على جينات تثبيت النيتروجين ، والتي تسمى جينات nif في كل من أنظمة الحياة التكافلية والحرة ، تشمل جينات النيتروجيناز (nif) الجينات الهيكلية ، والجينات المشاركة في تنشيط بروتين Fe ، والتخليق الحيوي للعامل المساعد لموليبدينوم الحديد ، والتبرع بالإلكترون ، والجينات التنظيمية اللازمة لتخليق ووظيفة الإنزيم. 

 للمزيد من المعلومات الإطلاع على كتاب 

الرايزوسفير: إيكوبيولوجيا ،ميكروبيولوجيا وبيوتكنولوجيا

تأليف

د. بن عمرشبة

The Rhizosphere: Ecobiology, Microbiology and Biotechnology