Fijación del nitrógeno, 2016

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Fijación del nitrógeno

Bertha Soriano BernillaDpto. de Microbiología y Parasitología

Facultad de Ciencias BiológicasUNT

Fijación del nitrógenoO Proceso biológico o industrial

mediante el cual el nitrógeno atmosférico se transforma en nitrógeno orgánico.

O Esencial para el crecimiento de las plantas y que también se utiliza en la industria química.

02/05/23Dra. Bertha S. Soriano Bernilla

Procesos en el ciclo del nitrógeno

Fijación biológicaOMicroorganismos del suelo que realizan la

fijación de nitrógeno, más utilizados y productivos son las bacterias simbióticas del género Rhizobium que colonizan y forman nódulos en las raíces de las leguminosas como el trébol, la alfalfa, o el guisante.

Las vías principales por las que el Las vías principales por las que el NN22 es transformado a formas es transformado a formas

utilizables por las plantas utilizables por las plantas superiores son: superiores son:

1.1. Fijación por Fijación por RhizobiumRhizobium y otros y otros microorganismos que viven microorganismos que viven simbióticamente en las raíces de simbióticamente en las raíces de las leguminosas (alfalfa, trébol, las leguminosas (alfalfa, trébol, guisantes, soya, maní, culantro) guisantes, soya, maní, culantro) y otras plantas no leguminosas y otras plantas no leguminosas (Betulaceae). (Betulaceae).

O Fijación por microorganismos de vida Fijación por microorganismos de vida libre en el suelo (algas azul-verdosas y libre en el suelo (algas azul-verdosas y ciertas bacterias como: ciertas bacterias como: Rhodospirillum Rhodospirillum fotosintéticas, fotosintéticas, ClostridiumClostridium, saprofita , saprofita anaerobia anaerobia

O y las saprofitas aerobias: y las saprofitas aerobias: Acetobacter Acetobacter yy BeijerinckiaBeijerinckia) y quizá por organismos que ) y quizá por organismos que viven en hojas de plantas tropicales. viven en hojas de plantas tropicales.

Lectinas

Ricadesinas

Mensajeros químicos

FlavenoidesQuitooligosacáridos

(Factores Nod)

(Mensaje Vegetal) (Mensaje Bacteriano)

Pelos radicales Primer síntoma de la infección.

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NODULOS

Nódulos

ONitrogenasa OEs una enzima compleja.OTiene dos coproteínas: Fe y Mo

FeOSensible al oxígeno.ONecesita de ATP, ferrodoxina reducidaOCitocromos o coenzimas.OLos genes nif codifican la nitrogenasa.

Desarrollo del nódulo

Los primeros pasos que se conocen es la segregación de fitohormonas como citoquininas y auxinas por las bacterias que inducen una proliferación celular.

Hay otros factores de crecimiento desconocidos que se difunden por el xilema.

Se sabe que en los siguientes pasos tienen lugar la formación de la enzima nitrogenasa.

O Existen muchos genes de Rhizobium característicos de la simbiosis como por ejemplo los genes nod, nol, nif y fix.

O Los nódulos aparecen rojos por causa de una proteina llamada leghemoglobina.

O Después de la fase de fijación de nitrógeno, el

color del nódulo llega a ser verde debido a la conversión de leghemoglobina en biliverdina.

Hay muchos

factores limitantes de la simbiosis, pero presumiblemente las mas importantes son: terreno, luz, temperatura, agua, los elementos minerales, etc.

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La luzLa luz afecta a la simbiosis a través de

la fotosíntesis, controlando la cantidad de carbohidratos para el desarrollo y funcionamiento del nódulo.

Algunos efectos directos de la luz sobre la nodulación, así es por ejemplo que la nodulación es pobre bajo luz azul y máxima bajo efecto de la luz roja - esto implica una evidencia de la implicación del fitocromo reversible en el proceso de nodulación.

TemperaturaO En las leguminosas estudiadas, que tienen un ciclo de Calvin normal, su temperatura óptima es de 15 a 20º C.O Con menos de 7º C la nodulación se hace muy poco probable .

O Con temperaturas menores a 15ºC se retrasa el proceso de infección y la nodulación.

O A temperatura extremas tiene lugar una degradación de los nódulos.02/05/23Dra. Bertha S. Soriano Bernilla

AguaO Las deficiencias en la disponibilidad de agua

causan disminución en la fijación del nitrógeno en leguminosas de todo el mundo.

O La falta de agua en etapas tempranas, retrasa la aparición de los nódulos y la falta de agua en etapas reproductivas limita la FBN restringiendo el rendimiento.

O La simbiosis es sensible a condiciones de anegamiento,

O A diversas condiciones de sequía, como ejemplo M. sativa que llega a proyectar sus raíces hasta siete metros de profundidad.

Otros factoresO Otros factores posibles pueden ser los

gases que hay en el terreno, las enfermedades como hongos, virus o micoplasmas (se ha estimado que estas enfermedades causan una pérdida de al menos el 24 % de las leguminosas del forraje).

O Altas concentraciones de nitratos inhiben el proceso de infección, el desarrollo de los nódulos y la expresión de la actividad de la nitrogenasa.

La cantidad de nitrógeno orgánico necesaria en la agricultura es mucho mayor que la que aporta la fijación biológica.

Por ello, la producción industrial de compuestos nitrogenados a partir de nitrógeno atmosférico es una de las actividades más importantes de la industria química.

Fijación industrialEl principal proceso industrial de fijación

de nitrógeno es el de producción de amoníaco.

Se realiza haciendo pasar una mezcla de nitrógeno atmosférico e hidrógeno por un catalizador metálico a 500-600 °C.

Después el amoniaco se oxida a ácido nítrico, que al combinarse de nuevo con amoniaco rinde nitrato amónico, empleado como explosivo y como fertilizante. 02/05/23Dra. Bertha S. Soriano Bernilla

O La producción de cianamida es otro proceso industrial de fijación de nitrógeno y se realiza haciendo pasar nitrógeno atmosférico sobre carburo de calcio caliente en presencia de un catalizador.

O La cianamida se emplea como fertilizante y para elaborar cianuro.

“ …EL USO DE PESTICIDAS Y FERTILIZANTES ASÍ COMO LA EXPOSICIÓN DEL SUELO A LA EROSIÓN CAUSAN PREOCUPACIÓN SOBRE LA CONTAMINACIÓN DE LA SUPERFICIE Y AGUA DEL SUBSUELO, NOSOTROS PODEMOS ENCONTRAR LA SOLUCIÓN…”

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