Azot (Nitrojen, N) Azot doğada çeşitli değerliklerde bulunur:

Transkript

1

2 Azot (Nitrojen, N) Azot doğada çeşitli değerliklerde bulunur: -3 (NH 3, Amonyak), (NH 3 + H 2 O NH 4 OH) 0 (N 2, Moleküler azot), +1 (N 2 O Azot protoksit, nitröz oksit, güldürücü gaz, narkoz), +2 (NO, Nitrik oksit), +3 (NO 2-, Nitrit), +4 (NO 2 Azot dioksit), +5 (NO 3-, Nitrat)

3 Amino asitler, Proteinler, Nükleotitler DNA Klorofil gibi biyolojik molküllerin temel bileşenidir. Bu nedenle tüm canlılar karbon, oksijen ve enerji kaynağına ilave olarak azot kaynağına da ihtiyaç duyarlar. Yaşam azot elementine bağlıdır!

4 oğadaki azot döngüsü Bir dekar (1000 m 2 ) toprak üzerindeki atmosferde 9 bin ton azot gazı bulunmaktadır. Hayvanlar, mikroorganizmalar ve bitkiler azot gazından doğrudan faydalanamazlar. Bunun için atmosfer azotunun bazı değişikliklere uğraması gerekir. Bu değişimler, azot gazının atmosferdeki elektriksel boşalım olayları ile azot oksitlere dönüşmesi, Rhizobium cinsi bakteriler gibi baklagil bitkileriyle ortak yaşama sonucu yine toprakta ve bazı tropik bitkilerin yapraklarında serbest yaşayan bakteriler ile mavi-yeşil algler, aktinomisetler tarafından NH 3 'a indirgenmesi şeklinde olmaktadır.

5 ATMOSFERİK OKSİDASYON Azot oksitlerinin en önemli doğal oluşum yolu yüksek sıcaklıkta meydana gelen oksidasyonlardır. Moleküler azot şimşek ya da yanardağ patlamasıyla oksidasyona uğrar. Atmosferdeki azot şimşek,yıldırım gibi olaylar sonucunda yer yüzüne yağmurla nitrik asit şeklinde döner. Nitrik asit de topraktaki nitratlara ve amonyağa dönüştürülür.

6

7 Tüm organizmalar amonyağı (NH 3 ) organik azot bileşiklerine (C-N bağları içeren bileşikler) dönüştürebilir.

8 N 2 Redüksiyon (indirgenme) NH 3 dönüşümü ancak sadece belli mikroorganizmalar [nonsimbiyotik (serbest) ve simbiyotik (ortak) yaşayan bazı mikroorganizmalar] tarafından gerçekleştirilebilir. Bu olaya, BİYOLOJİK AZOT FİKSASYONU denir.

9 N 2 NH 3 Nitrifikasyon Amonifikasyon NO 3 Azotlu biyomoleküller

10 AZOT DÖNGÜSÜ; Azot fiksasyonu Nitrifikasyon Asimilasyon Amonifikasyon Denitrifikasyon Deaminasyon reaksiyonlarını içerir.

11 Azot döngüsünün temel kazanımları

12 N 2 NH 3 Nitrifikasyon Amonifikasyon NO 3 Azotlu biyomoleküller

13 BİYOLOJİK AZOT FİKSASYONU Atmosferdeki N 2 gazının simbiyotik (ortak) ve nonsimbiyotik (serbest) yaşayan toprak mikroorganizmaları tarafından NH 3 a dönüştürülmesi GENEL REAKSİYON: N 2 + 8e ATP + 16H 2 O Gerçek sayı tam olarak bilinmiyor! 2NH 3 + H ADP + 16Pi + 8H +

14 SİMBİYOTİK AZOT FİKSASYONU Biyolojik azot fiksasyonu, dünya yüzeyinde fikse edilen azotun % 70'ini kapsamaktadır. Bunun 50'sini ise simbiyotik azot fiksasyonu oluşturmaktadır. Simbiyotik olarak azot fikse eden bakteriler üç grupta toplanmıştır. 1. Baklagil bitkilerinin köklerinde yaşayan bakteriler 2. Baklagil olmayan bitkilerin köklerinde ve üzerinde yaşayan bakteriler, 3. Bazı bitkilerin yapraklarında yaşayan bakteriler

15 Bu olayda bakteri konakçı bitkiye indirgenmiş azotu, konakçı bitki de bakteriye çözünebilir karbonatları temin etmekte ve azot fiksasyonu konakçı bitkinin köklerinde oluşan nodüllerde gerçekleşmektedir. Soya fasulyesinin köklerini Bradyrhizobium japonicum bakterileri ile inoküle eden bir araştırıcı, bu yolla fikse edilen azotun dekar başına 4-12 kg arasında olduğunu bulmuştur.

16 NONSİMBİYOTİK (SERBEST) AZOT FİKSASYONU Toprak ve su ekosistemlerinde serbest olarak yaşayan nitrogenaz enzimine sahip mikroorganizmalarca atmosferin moleküler azotunun fiksasyonuna nonsimbiyotik azot fiksasyonu denir. Bu şekilde azot fikse eden organizmalar : 1. Zorunlu anaeroblar Ör. Clostridium pasteurianum 2. Fakültatif Anaeroblar Ör. Klebsiella (E. coli'nin yakın akrabası). 3. Mavi-yeşil algler (Siyanobakteriler) Ör. Anabaena 4. Fotosentetik bakteriler Ör. Rhodobacter 5. Bazı methan bakterileri Ör. Methanobaculus

17 ENZİM SİSTEMİ 2 farklı proteinden oluşur: NİTROGENAZ (KOMPONENT I) (Mo-Fe PROTEİNİ) Azotun indirgenmesini sağlar. NİTROGENAZ REDÜKTAZ (KOMPONENT II) (Fe PROTEİNİ) (Azotobacter de Vanadyum) Ferridoksin veya Flavoproteinden (elektron taşıyıcı küçük proteinler) nitrogenaza elektron transfer eder. Her iki enzim de demir-kükürt (4Fe-4S) demetleri içerir.

18

19

20 Figure Nitrogen Fixation. Electrons flow from ferredoxin to the reductase (iron protein, or Fe protein) to nitrogenase (molybdenum-iron protein, or MoFe protein) to reduce nitrogen to ammonia. ATP hydrolysis within the reductase drives conformational changes necessary for the efficient transfer of electrons.

21

22 Nitrogenaz kompleksi O 2 ile inaktive olur. Sadece en azından lokal ANAEROBİK KOŞULLARDA çalışır. Anaeroblar için SORUN YOK! Fakültatif anaeroblar (Klebsiella) sadece ANAEROBİK KOŞULLARDA azot fikse eder. Diğer organizmalar KORUYUCU MEKANİZMALARA sahiptirler:

23 Baklagillerin kök nodülerinde anaerobik ortam O 2 bağlayan leghemoglobin tarafından sağlanır. Azot fiksasyonu yapabilen siyanobakteri türleri heterosit adı verilen az sayıda özelleşmiş hücre ile azot fiksasyonu yaparlar. Heterosit, hücre duvarı oldukça kalın olan bir hücredir. Oksijeni geçirmez. Zorunlu aerob Azotobacter'de hücre içi O 2 konsantrasyonu solunum zincirinin kesintiye uğratılmasıyla düşük tutulur.

24 N 2 NH 3 Nitrifikasyon Amonifikasyon NO 3 Azotlu biyomoleküller

25 NİTRİFİKASYON Azot fiksasyonunun ikinci adımıdır. Azot fiksasyonu sonucu oluşan amonyağın nitritlere ve nitratlara dönüşmesi olayıdır. Nitrit bakterileri tarafından gerçekleştirilir.

26 NH O 2 2 NO 2 +2 H 2 O + 4H + + enerji (Nitrosomonas) 2 NO 2 + O 2 2 NO 3 + enerji (Nitrobacter)

27 NİTRAT REDÜKSİYONU Toprakta nitrifikasyon sonucu oluşan ve kimyasal gübrelerle ilave olunan NO 3- için bir dizi olası durum ortaya çıkar:

28 N 2 NH 3 Nitrifikasyon Amonifikasyon Azotlu biyomoleküller NO 3 Aspergillus,Hansenula, Enterobacter, Rhizobium gibi mantar, maya ve bakteriler tarafından nitrat, amonifikasyon ile amonyağa redükte edilir ve asimilasyon ile amino asitlerin sentezinde kullanılır.

29 N 2 NH 3 Nitrifikasyon Amonifikasyon NO 3 Fotosentetik organizmaların çoğunda ve Denitrifikasyonda ise pek çok bakteri nitratı, nitrit, nitrik oksit, nitroz oksit Azotlu biyomoleküller ve azot gazı (NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2 )'na redükte edebilmektedir.

30 N 2 NH 3 Nitrifikasyon Amonifikasyon NO 3 Azotlu biyomoleküller

31 MİNERALİZASYON ORGANİK FORM MİNERALİZASYON İNORGANİK FORM ORGANİK AZOT MİNERALİZASYON İNORGANİK AZOT

32 Amin grubunun uzaklaştırılması: 1. Doğrudan uzaklaştırma R-CH 2 CH-NH 2 -COOH > R-CH=CH-COOH + NH 3 2. Deaminasyon (oxidative - aerobic, reductive - anaerobic) Oxidative: R-CH 2 CH-NH 2 COOH + 1/2 O > R-CH 2 -CO-COOH + NH 3 Reductive: R-CH 2 CH-NH 2 COOH + 2H > R-CH 2 CH-COOH + NH 3 3. Dekarboksilasyon Reductive: R-CH 2 CH-NH 2 COOH + H > RCH 3 + CO 2 + NH 3 Oxidative: R-CH 2 CH-NH 2 COOH + O > R-COOH + CO 2 + NH 3 4. Üre hidrolizi - Amonifikasyon CO(NH 2 ) 2 + HOH + ÜREAZ ----> H 2 NCOOHNH 4 (Ammonium Carbamate)-----> 2NH 3 + CO 2 2NH 3 + HOH > 2NH 4 OH

33 ORGANİK FORM ORGANİK AZOT İMMOBİLİZASYON NH + 4 oluştuktan sonra değişik yollara gidebilir: İMMOBİLİZASYON İMMOBİLİZASYON İNORGANİK FORM İNORGANİK AZOT Mikroorganizmalar ve bitkiler tarafından asimile edilebilir (immobilize edilebilir). Toprakta (değişim kompleksleri içinde) tutulabilir. Toprağın alt tabakalarında fikse edilebilir. Topraktaki organik materyallerle (SOM, soil organic matter) reaksiyona girerek kinon-nh 2 kompleksleri oluşturur. Çürümüş yapraklar ve gübredeki NH3 şeklinde uçabilir. Ototrofik nitrifikasyon bakterileri tarafından nitrifiye edilebilir.

34 Zeytin bahçelerinde en çok kullanılan bitki besin maddesi azottur. Azot tek başına veya diğer besin maddeleri ile kompoze edilerek kullanılmaktadır. Zeytin ağacı azot gübrelerine en kolay yanıt veren bitkidir. Doğada organik maddelerin parçalanmasıyla zeytin köklerinin kolayca alabileceği nitrat formunda azot gübresi oluşmaktadır.

35 Azot nitrat formunda suda kolayca çözündüğünden su ile birlikte köklere kadar kolayca taşınmaktadır. Ancak su miktarının fazlasıyla, su ile birlikte kök bölgesinin dışına taşınarak, kolayca yıkanabilmektedir. Zeytin ağacı ihtiyacı olan azotun hepsini mart ve temmuz ayları arasında kullanır.

36 Ağustos ve daha sonraki aylarda azot mahsul kalitesini bozar ve takip eden yılda çiçek gözlerinin oluşumunu engeller.

37 Ocak ayındaki soğuklardan sonra oluşmaya başlayan çiçek tomurcukları, yapraklardaki azot miktarı yeterli ise daha sağlıklı oluşur. Durgun dönemde semptomolojik olarak herhangi bir belirti görülmeyebilir ancak azot noksanlığında ağaç ilkbahar aylarında yeterli tane tutamaz.

38 Baharda zeytinin uyanması ile birlikte, ağaçtaki yeni sürgünlerde, genel bir renk açıklığı görülür. Bu dönemde azotu normal alabilen ağaçların sürgünleri daha uzun yaprakları daha iri, sürgünleri daha güçlü oluşur. Azot noksanlığında meyve tutumuyla birlikte sürgün gelişimi durur ve ertesi yıl ürün verecek sürgünlerin miktarında azalmalar dikkati çeker. Azot takviyesi zamanında yapılmazsa tanelerin irileşmesi de durur. Ağacın renk açıklığı daha kolay fark edilir.

39 Bitkideki Görevi - Tüm yaşam sistemi için gerekli bir besin maddesidir. - Tüm hücreler azota ihtiyaç duyar - Yaprak ve gövde oluşumunu teşvik eder - Proteinin ana maddesidir - Güneş enerjisini bitki enerjisine dönüştüren klorofilin temel maddesidir - Klorofil içeren koyu yeşil yapraklar oluşmasını sağlar - Besin maddelerinin protein içeriğini arttırır, verim ve kaliteye etki eder - Bitki vegetatif gelişme döneminde fazla miktarda azot kullanır.

40 Genel Noksanlık Belirtileri - Öncelikle yaşlı yapraklarda sonra genç yapraklarda açık yeşil sarı renk. Bazı bitkilerde kırmızı yada turuncu renkler oluşabilir. - Gelişmede anormallikler - Hububat ve meralarda protein düzeyinde azalma - Mısırda tipik belirtisi yapraklarda "V" şeklinde sararma - Olgunlaşmada gecikme - Hastalık ve böcek salgınlarına karşı dayanıklılığın azalması - Küçük meyveler, daha az verim - Daha kısa raf ömrü

41 Alımını Azaltan Koşullar - Nitrat azotunun yıkandığı hafif ve kumlu topraklar - Su baskını olan topraklar - Yetersiz havalanma sonucu yapısal problemleri olan topraklar - Düşük organik maddeye sahip mineralli topraklar - Daha önceki ürünlerce azotu tüketilmiş topraklar - Amonyum formunun yüksek ph' a sahip topraklara uygulanması. - Bitki kök gelişiminin sınırlı olması - Erken dönemde aşırı nem

42 Bitkilerin ana maddesi ve asal yapı taşıdır. Azot amonyum ve nitrat formunda alınır. Azot bitkilerin motorudur. Azot toprakta fazla tutunmadığından azot fazlalığı tehlikesinden çok azot noksanlığı tehlikesi ile karşılaşılır. Azot

43 Azot Eksikliği Orta ve yaşlı yapraklarda başlar. bitki küçük kalır, verim ve kalite düşer, Yapraklar solgun bir renk kazanırlar ve giderek tümüyle sarararak dökülürler, sürgünler büyümez, çiçek oluşumu durur ve oluşmuş çiçekler döllenmez, meyveler irileşmez ve doğal rengini almaz.

44 BESİN NOKSANLIKLARI Zeytin ağaçlarında, topraktan bitki besin elementleri alımında, belirti gösteren veya saklı kalan beslenme sorunları ortaya çıkmaktadır. Azot Noksanlığı: Azot noksanlığında yaprakların bir kışmında veya hepsinde sarılık (kloroz) meydana gelir. Ağaçların alt ve orta kısımlarında yaprak dökümü olur. Sürgünlerde zayıflık, sürgün oluşumunda ve yapısında azalma görülür. Somak ve çiçek oluşumu azalır. Çiçek ve meyve dökümü olur, meyveler küçülür, meyvenin et oranında ve yağ miktarında azalma olur. Noksanlığa; toprakta azot ve organik madde yetersizliği, düşük toprak sıcaklığı, düşük fosfor miktarı ve aşırı kuraklık neden olabilir. Çözümü için, toprak ve yaprak analizleri yaptırılmalı, analiz sonuçlarına göre ya topraktan azotlu gübreler; ya da yapraktan üre verilmelidir. Ara bitkisi olarak baklagiller devreye sokulabilir.

45 Azot Fazlalığı Bitkide anormal boya kaçma, bitki dokularında gevşeme, meyvede olgunlaşmayı geciktirir, çiçek oluşumu durur veya geç çiçek açar, meyvelerin yola dayanımı azalır, depolamada çabuk çürüme görülür, meyve kabuğu incelir,kuru madde miktarı azalır ve lezzetsiz meyveler ortaya çıkar. AZOT (

46 Azot Miktarı Azot/ağaç Ürün Miktarı Kg/ağaç 350 g g g Meyve Sayısı Adet/ağaç Sites ve Ark., 1954

47 Zeytin ağaçlarında, topraktan bitki besin elementleri alımında, belirti gösteren veya saklı kalan beslenme sorunları ortaya çıkmaktadır. Azot Noksanlığı: Azot noksanlığında yaprakların bir kışmında veya hepsinde sarılık (kloroz) meydana gelir. Ağaçların alt ve orta kısımlarında yaprak dökümü olur. Sürgünlerde zayıflık, sürgün oluşumunda ve yapısında azalma görülür. Somak ve çiçek oluşumu azalır. Çiçek ve meyve dökümü olur, meyveler küçülür, meyvenin et oranında ve yağ miktarında azalma olur. Noksanlığa; toprakta azot ve organik madde yetersizliği, düşük toprak sıcaklığı, düşük fosfor miktarı ve aşırı kuraklık neden olabilir. Çözümü için, toprak ve yaprak analizleri yaptırılmalı, analiz sonuçlarına göre ya topraktan azotlu gübreler; ya da yapraktan üre verilmelidir. Ara bitkisi olarak baklagiller devreye sokulabilir.

48 Azot Noksanlığı Mısır

49 Azot Noksanlığı Mısır

50 Azot Noksanlığı Mısır

51 Azot Noksanlığı Buğday

52 Azot Noksanlığı Domates

53 Azot Noksanlığı Marul

54 Azot Noksanlığı Atatürk Çiçeği

55 Azot Noksanlığı Süs Bitkisi

56 Azot Noksanlığı Gül

57 Azot Noksanlığı mevsimlik çiçek

58 Azot Noksanlığı Chamaedorea seifrizii

59 Azot Noksanlığı rhododendron

60 Azot Noksanlığı Limon

61 Azot Noksanlığı Limon

62 Azot Noksanlığı Avokado

63 Azot Noksanlığı Çim

64 Azot Fazlalığı Domates

65 Amonyum toksitesi ve potasyum uygulaması domates

66 Üre zararı çim