【营养元素解析】氮很重要，可到底还有多少是我们不知道的事？
植物对氮的吸收利用
氮是植物的主要营养元素，是构成蛋白质的主要成分，对作物的产量和品质关系极大，而我国...
植物对氮的吸收利用
一、植物体内氮的含量和分布
一般植物含氮量约占作物体干重的0.3%~5%，而含量的多少与作物种类、器官、发育阶段有关。豆科作物含有丰富的蛋白质，含氮量也高。按干重计算，大豆植株中含氮2.49%、紫云英植株含氮2.25%；而禾本科作物一般含氮量较低，大多在1%左右。
1.作物种类不同含氮量也不相同，如玉米含氮常高于小麦，而小麦又高于水稻。即使是相同种类的作物也常因不同品种，其含氮量有明显差异。
2.植物体内氮素主要存在于蛋白质和叶绿素中。因此，幼嫩器官和种子中含氮量较高，而茎秆含量较低，尤其是老熟的茎秆含氮量更低。如小麦子粒含氮2.0%~2.5%，而茎秆仅含0.5%左右；豆科作物子粒含氮4.5%~5%，而茎秆仅含1%~1.4%。玉米也有相同的趋势：叶片含氮2.0%，子粒1.5%，茎秆0.7%，包叶最少，只有0.4%。
3.同一作物的不同生育时期，含氮量也不相同。如水稻，分蘖期含氮量明显高于苗期，通常分孽盛期含量达最高峰，其后随生育期推移而逐渐下降。在各生育期中，作物体内氮素的分布在不断变化。在营养生长阶段，氮素大部分集中在茎叶等幼嫩的器官中；当转入生殖生长时期以后，茎叶中的氮素就逐步向子粒、果实、块根或块茎等储藏器官中转移；成熟时，大约有70％的氮素已转入种子、果实、块根或块茎等储藏器官中。
4.应该指出，作物体内氮素的含量与分布明显受施氮水平和施氮时期的影响。随施氮量的增加，作物各器官中氮的含量均有明显提高。通常是营养器官的含量变化大，生殖器官则变动较小；但生长后期施用氮肥，则表现为生殖器官中含氮量明显上升。
二、氮的营养功能
1. 蛋白质的重要组分：蛋白态氮通常可占植株全氮的80－85％。蛋白质中平均含氮16－18％，体内细胞的增长和新细胞的形成都必须有蛋白质，否则受到抑制，生长发育缓慢或停滞。氮是一切有机体不可缺少的元素，所以它被称为“生命元素”。
2. 核酸和核蛋白质的成分：核酸也是植物生长发育和生命活动的基础物质，RNA，DNA，核酸中含氮15－16％，核酸态氮占植株全氮的10％左右。
3. 叶绿素的组成元素：绿色植物赖于叶绿素进行光合作用，据测定，叶绿体约占叶片干重的20－30％，而叶绿体中约含蛋白质45－60％。
4. 许多酶的组分：酶本身就是蛋白质，是植物体内生化作用和代谢过程中的生物催化剂。
此外，氮素还是一些维生素（B1 B2 B6 PP等）的组分，生物碱和激素也都含有氮。
三、植物对氮的吸收
植物吸收的氮主要是无机态氮，即NH4+和NO3-，此外也可吸收某些可溶性的某些有机氮化物，尿素、氨基酸、酰胺等。但数量有限，低浓度的亚硝酸盐也能被植物吸收。
1. 高等植物NH4+ 吸收的分子机理研究
早期NH4+ 吸收动力学表明NH4+的吸收有两个明显的动力学吸收特性：低亲和的非饱和吸收和高亲和的饱和吸收，高亲和力系统在低浓度下（µmol/L）起作用，低亲和力系统在高浓度（mmol/L）下起作用。研究表明高等植物NH4+ 的吸收是一个由NH4+ 转运蛋白基因（AMT）参与的过程，并且在植物、酵母、细菌和哺乳动物中都发现AMT基因的存在很多证据说明AMT1因基家族编码的蛋白在植物中具有NH4+转运蛋白的功能。首先，AMT1基因属于真核和原核NH4+ 转运蛋白基因家族MEP/AMT1中的成员，番茄和拟南芥的高亲和NH4+ 转运蛋白基因AMT1.1已经通过酵母突变体得到功能鉴定；其次，在酵母中AMT 转运蛋白的生化特性如能量来源、最佳pH值以及受K+ 抑制的程度都反应了完整植株根系中的NH4+ 吸收特性；最后，番茄中的AMT1.1首先在根毛中表达，这一点足以说明AMT基因在植物从生长介质中吸收NH4+ 这一过程中所起的作用。
2 高等植物NO3- 吸收的分子机理研究
硝酸盐是植物生长所必须的，既是作为N 吸收的基本营养，同时也是植物发育的重要信号。高等植物的硝酸盐吸收中有高亲和吸收系统（HATS）与低亲和吸收系统（LATS）2种。通常，LATS比HATS容量大。拟南芥在10 mmol/L NO3- 中LATS吸收速率比HATs的Vmax高24倍，因此，虽然HATS在外源硝酸根浓度很低时对N的获得有重要作用，但LATS对于大量硝酸盐的获得还是必要的，而且后者可能对于植物的生长更重要，因为NO3- 很难残留，且在耕地土壤中变化明显。根据对NO3- 诱导的反应，HATS可以进一步分为两部分，一个是诱导型（iHATS ），另一个为组成型（cHATS）， cHATS可以解释无NO3- 存在的高亲和NO3- 吸收行为；然而，当暴露在NO3- 环境中时，iHATS仅在几小时就可以诱导出来。早期的研究已经明确NRT1是低亲和（mmol/L）而NRT2是高亲和（µmol/L）转运蛋白。四、土壤中氮的形态
1、无机态氮：表土一般只占全氮量的1－2％最多也不会超过5－8％。NH4+-N、NO3- -N 及少量的NO2-N。
2、有机态氮：占全氮量的90％以上。
①水溶性有机态氮：不超过全氮量的5％，包括简单的游离氨基酸，胺盐及酰胺类化合物。
②、水解性有机氮：其含量可占氮量的50－70％
a、蛋白质多肽类，占土壤全氮的1/3-1/2。
b、核酸类，占土壤全氮的10％。
c、氨基糖，占土壤全氮的5－10％
③、非水解性有机态氮：占土壤有机态氮的30％以上，有的可达50％。
3、气态氮：N2、NH3等。
五、土壤氮素平衡
（一）农业土壤中氮的来源
1、施入的含氮肥料：化肥、有机肥。愈发达地区占主要地位。
2、生物固氮：共生、非共生固氮、根瘤菌每年每公顷固氮50Kg。
3、降水：雨水。
4、尘埃沉降：每年0.1-0.2 Kg/ha
5、灌溉水和地下水补给，污水含氮量更高。
6、土壤吸附，空气中的NH3每天可吸附25－100g/ha氮。
（二）土壤中氮素的去向
1、作物的吸收（主要方面） 。
2、土壤有机态氮的有效化：在微生物作用下，水解、氨化分解为氨和铵盐，通过硝化细菌的作用，最后产生硝态氮。
3、土壤无机态氮的损失：①NH3的挥发损失。②生物反硝化损失，生成H2、No、N2O。③化学反硝化损失，HNO2不稳定各种反应损失。④土壤中氮的固定，生物固氮、化学固定、吸附等。 ⑤土壤中氮的淋洗损失，主要是NO3--N。
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