FIJACIÓN DEL NITROGENO
-Se encuentra en la Naturaleza como nitrógeno molecular (N2)
gaseoso
-El 79 % de la atmósfera está constituida por este gas.
-Es clave en los organismos vivos, pero sus compuestos no
abundan en la corteza terrestre.
-Las plantas y los animales pueden usar nitrógeno si convertido a
una forma química disponible:
•amonio (NH4+)
•nitrato (NO3-)
•nitrógeno orgánico (urea -(NH3)2CO).
-Después del agua, es el nutrimento que más limita la
productividad de los cultivos.
La importancia del nitrógeno, se debe a:
•Forma proteínas estructurales, enzimas, ácidos nucléicos,
constituido por monómeros nitrogenados (aminoácidos, bases púrica y
pirimídicas.
•Participan en el metabolismo intermedio de las células y como
precursores de otras moléculas con función estructural ( lignina) o de
defensa (fitoalexinas).
•Permite el crecimiento vegetativos y reproductivos de las plantas
•Afectan la disponibilidad y absorción de otros elementos en la
rizósfera (suelo-raíz)
•Eje: La clorofila, el pigmento verde que capta la energía solar y
hace posible la fijación del CO2 por las plantas,
Propiedades del N2
•Gas incoloro, inodoro, insípido compuesto por moléculas de N2
•Punto de fusión es de –210ºC y punto de ebullición normal es de
196ºC.
•La molécula es muy poco reactiva a causa del fuerte enlace triple
entre los átomos de nitrógeno.
Ciclo del nitrógeno
•El movimiento del N2 entre la atmósfera, la biosfera y la geosfera
en sus diferentes formas se describe en el ciclo del nitrógeno.
Este es uno de los ciclos biogeoquímicos más importantes.
•Los dos procesos biológicos por los que el N2 inorgánico es
convertido en N2 orgánico son la fijación de N2 atmosférico y la
asimilación de nitratos.
•El mayor reservorio de N2 esta en la atmósfera, pero sólo ciertos
procariotas son capaces son capaces de fijarlo y asimilarlo.
•El mayor reservorio de N2 en los suelos es la materia orgánica
(MO).
Los principales procesos que componen el ciclo del nitrógeno que
pasa por la biosfera, la atmósfera y la geosfera son cinco:
La Fijación del Nitrógeno
•La fijación del nitrógeno es un proceso en el cual el N2 se
convierte en amonio. N2
NH4+
•Es la única manera en la que los organismos puede obtener
nitrógeno directamente de la atmósfera.
•La fijación de nitrógeno puede ser puramente abiótica o
biológica.
Existen tres tipos de fijación del nitrógeno
-La Fijación industrial: Se lleva a cabo por el proceso industrial de
Haber-Bosch, el cual implica la formación de amonio reduciendo el N2 por el
H2, a altas temperaturas (sobre los 500º C) y presiones (sobre las 350
atmósferas). Este proceso genera la mayor parte los fertilizantes industriales
(más de 80 x 1012 gr. / año).
•Fijación atmosférica: Los relámpagos y la conversión
fotoquímica del nitrógeno atmosférico en nitratos por oxidación.
Este proceso implica el 13% de la fijación natural total de
nitrógeno (190 x 1012 gr./año)
•Fijación biológica (FBN): Este proceso de fijación de nitrógeno
es llevado a cabo por organismos procarióticos. Implica el 87%
del nitrógeno fijado naturalmente. El N2 es reducido a amonio e
incorporado a la biosfera, a través de las plantas. Puede ser
debido a una asociación simbiótica (con las raíces de las plantas)
o bien a través de microorganismos procarióticos de vida libre.
Este proceso de fijación de N2 es de gran importancia ecológica,
pero su contribución global a la FBN es inferior al 25%.
FIJACIÓN BIOLÓGICA DEL NITROGÉNO
•Los microorganismos, particularmente las bacterias, juegan un
importante papel en transformaciones del nitrógeno.
•Las transformaciones de nitrógeno por microorganismos ocurren
más rápido que los procesos geológicos
•Estos procesos microbianos, la velocidad se ve afectada por
factores ambientales como la:
•Temperatura
•Humedad
•Disponibilidad de recursos
FBN por especies de vida
libre
41,3 x 106 T/a
Fijación industrial
80 x 106 T/a.
FBN por asociación simbiótica
41,3 x 106 T/a00
Fijación atmosférica
24,7 x 106 T/a.
FIJACIÓN BIOLÓGICA DEL N2 (FBN)
Las vías principales por las que el N2 es transformado a
formas utilizables por las plantas superiores son:
1. Fijación por Rhizobium y otros microorganismos que viven
simbióticamente en las raíces de las leguminosas (alfalfa,
trébol, guisantes, soya, maní, culantro) y otras plantas no
leguminosas (Betulaceae).
2. Fijación por microorganismos de vida libre en el suelo (algas
azul-verdosas y ciertas bacterias como: Rhodospirillum
fotosintéticas, Clostridium, saprofita anaerobia y las saprofitas
aerobias: Acetobacter y Beijerinckia) y quizá por organismos
que viven en hojas de plantas tropicales.
3. Fijación, por bacterias que usan compuestos nitrogenados
como fuente de energía; bacterias que oxidan el amonio y lo
transforman en nitritos (Nitrosomonas y Nitrosococcus) y
bacterias que oxidan a los nitritos transformándolos en nitratos
(Nitrobacter).
Las reacciones químicas producidas por estos microorganismos
son las siguientes:
2 NH4+ + 3 O2 --------> 2 NO2- + 4 H+ + 2 H2O (Nitrosomonas)
2 NO2+ + O2 --------> 2 NO3(Nitrobacter)
•Los seres humanos nos hemos convertido en fuentes fijas de N2,
tan importantes como todas las fuentes naturales de nitrógeno
combinadas: quemando combustible de fósiles, usando
fertilizantes nitrogenados sintéticos y cultivando legumbres que
fijan nitrógeno.
•A través de estas actividades, los humanos han duplicado la
cantidad de nitrógeno fijada que se dispersa en la biosfera cada
año; pero con un alto costo en energía y con efectos nocivos para
el ambiente.
•Hoy día dentro del contexto de la agricultura sostenibles, se
puede evitar el uso abusivo de fertilizantes nitrogenados con el
consiguiente ahorro en el consumo de energía y la disminución
de la degradación del medio.
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