Stickstofffixierung: Der lebenswichtige Prozess für Pflanzenwachstum

Was ist Stickstofffixierung?

Stickstoffbindung oder Stickstofffixierung bezieht sich auf die Umwandlung von Stickstoffgas, das in der Atmosphäre vorkommt, in die Art, die von Pflanzen und anderen Organismen verwendet wird. Bakterien sind die Hauptausführende der Stickstofffixierung, meist in Symbiose mit Pflanzen sowie freilebende Organismen. Darüber hinaus ist die Stickstofffixierung laut Biology Reference einer der wichtigsten biochemischen Prozesse auf der Erde.

Die Fakten

Die Stickstoffbindung ist ein lebenswichtiger biochemischer Prozess, weil sie die Hauptquelle für Stickstoff im Boden ist (der für das Pflanzenwachstum notwendig ist). Lebende Organismen benötigen Stickstoff, weil er ein Bestandteil der Aminosäuren (die Proteine bilden) und der Nukleinsäuren ist, die Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribonukleinsäure (DNA) bilden.

Stickstofffixierung

Stickstoff ist das häufigste Element der Atmosphäre, laut der Nitrogen Fixation Website, und Stickstofffixierung ist die Reduktion von atmosphärischem Stickstoff zu Ammoniak. Die eigentliche chemische Reaktion führt zu einem Ammoniumion (ein konjugiertes Säure von Ammoniak).

Da atmosphärischer Stickstoff (N2) nicht wirklich reaktiv und chemisch stabil ist, ist er für die meisten Organismen nicht nützlich. Daher konsumieren lebende Organismen Ammoniak, das dann zersetzt und wieder in atmosphärischen Stickstoff umgewandelt wird, laut Biology Reference.

Funktion

Stickstoffbindende Bakterien verwenden Stickstoffenzyme, ein spezielles Enzym mit Schmetterlingsform, das ein Atom Molybdän enthält. Dies ist sehr wichtig für den Prozess, weil Boden, der an Molybdän arm ist, keine effektive Stickstofffixierung aufrechterhalten kann, laut Biology Reference. Stickstoffenzyme erfordern eine enorme Menge an Energie, um atmosphärischen Stickstoff in Ammoniak (die nutzbare Form von Stickstoff) umzuwandeln. Während freilebende Bakterien ihre eigenen Nährstoffe für diese Energie finden müssen, nutzen andere Arten von Bakterien symbiotische Beziehungen mit Pflanzen für Energie.

Merkmale

Nicht freilebende Bakterien müssen symbiotische Assoziationen mit Pflanzen für ihre Energiequelle entwickeln. Insbesondere liefern ihnen die Pflanzen Zucker, die sowohl eine Energiequelle als auch eine Kohlenstoffquelle sind, die für die eigenen synthetischen Reaktionen der Bakterien notwendig ist, laut Biology Reference. In der symbiotischen Beziehung liefern die Bakterien der Pflanze etwas von ihrem gebundenen Stickstoff. Zum Beispiel lebt das Bakterium Anabaena in symbiotischer Assoziation mit dem Wasserfarn Azolla. Azolla gedeiht in Reisfeldern und beschattet den Farn, während der Reis über der Wasseroberfläche wächst. Der Farn stirbt wiederum und setzt gespeicherten Stickstoff frei. Dies ist eine Möglichkeit, wie das Reisfeld ohne chemischen Dünger gedüngt werden kann.

Überlegungen

Stickstofffixierung kann auch als Ergebnis von Blitzschlag auftreten. Wenn ein Blitz einschlägt, gibt er einen starken und mächtigen Geruch ab (er riecht nach Ammoniak und ist wirklich blitzgebundener Stickstoff). Allerdings wird nur eine sehr kleine Menge des weltweiten Stickstoffs durch Blitzschlag fixiert, laut Backyard Nature. Die Mehrheit stammt immer noch von stickstoffbindenden Bakterien.