Alan: Bitki fizyolojisi ve mikrobiyoloji · Düzey: İleri IBO
Topraktan azotun organik bileşiğe aktarılması
Bitkiler çoğu durumda inorganik azotu nitrat (NO₃⁻) veya amonyum (NH₄⁺) olarak alır. Nitrat redüktaz NO₃⁻'ı nitrite indirger; nitrit redüktaz nitriti amonyuma çevirir. Glutamin sentetaz (GS), ATP kullanarak amonyumu glutamata katar ve glutamin oluşturur. Glutamat sentaz (GOGAT), glutaminin amid azotunu 2-oksoglutarata aktararak iki glutamat oluşturur. Böylece indirgenmiş azot başka amino asitlerin sentezinde kullanılabilir. Bu işlemler indirgeyici güç ve enerji maliyeti taşır. Moleküler N₂'nin amonyağa indirgenmesi nitrogenaz aracılığıyla bazı prokaryotlarda gerçekleşir; bitkinin kendisi ve bütün kök nodülleri nitrogenaz enzimi içeriyor genellemesi doğru değildir. Baklagil–rizobyum ortaklığında bakteri nitrogenazı çalıştırır; bitki fotosentez ürünleri ve uygun oksijen koşullarına katkı sağlar.
Nitrogenaz O₂'ye duyarlıdır; fakat simbiyotik nodüller tamamen oksijensiz olmak zorunda değildir. Leghemoglobin, serbest oksijen düzeyinin yönetilmesinde rol oynayabilir ve solunum için oksijenin kullanılmasına olanak sağlar. Arbusküler mikoriza mantarları, kökün fosfor ve suya erişimini çeşitli koşullarda artırabilir; bitki de karbon sağlar. Her simbiyozda net yararın büyüklüğü aynı değildir; toprak fosforu yüksek olduğunda karbon maliyeti yarardan ağır basabilir.
İyon eksikliği deneyleri
Bir besin çözeltisinde N, P veya K tek tek eksiltilerek aynı bitki genotipinin yaprak kuru kütlesi, kök/sürgün oranı ve mineral içerikleri ölçülür. Azot yetersizliği bazı türlerde yaşlı yapraklarda kloroz; demir yetersizliği sıklıkla genç yapraklarda kloroz oluşturabilir. Bu örüntüler elementin bitkide yeniden taşınabilmesiyle ilişkilidir, fakat tanı koymak için tek başına yeterli değildir. pH, çözeltideki elementlerin biyoyararlanımını, toksisiteyi ve kök fizyolojisini etkileyebilir.
Çözümlü soru
Bir bitkinin kuru kütlesi fosfor eksikliğinde 8 g'dan 5 g'a düşüyor; aynı koşulda mikoriza inokülasyonu ile 7 g oluyor. Artışın eksik koşula göre yüzdesi nedir?
A) %20 B) %25 C) %40 D) %50 E) %75
Yanıt C. (7−5)/5×100=%40. Bu veriden mikorizanın fosfor taşınmasını kesin kanıtlamak mümkün değildir; bitki doku P içeriği, kök kolonizasyonu ve inokulum kontrolleri gerekir.
Kaynak yönlendirmesi: OpenStax Biology 2e, 31.1–31.3.
İleri uygulama · Mineral eksikliği ve kök mimarisi
Besin eksikliği tek bir elementin absorpsiyonunu değil kök mimarisini, transporter ifadesini ve metabolit yeniden tahsisini de değiştirebilir. Fosfor yetersizliğinde bazı türlerde kök tüyleri ve fosfataz salgısı artabilir; mikorizal simbiyozun katkısı konak ve toprak koşullarına bağlıdır. Azot fiksasyonunun enerji maliyeti yüksek olduğundan bol mineral azot koşullarında nodül etkinliği azalabilir. İyileşen büyüme mutlaka artan azot fiksasyonu sonucu değildir; fosfor kazanımı veya daha iyi su durumu da olabilir.
İkinci analitik soru: Kontrol 8 g, P eksikliği 5 g ve mikoriza+P eksikliği 7 g kuru kütleyle sonuçlandıysa mikorizanın eksiklik koşulundaki iyileştirmesi 2 g, oransal iyileşme %40'tır. Tam kontrol düzeyine göre hâlâ 1 g eksiklik vardır. Ölçülen kuru kütleye karşılık kök P birikimi verilmediğinden spesifik besin aktarımı doğrudan kanıtlanmaz.