پاسخ مستقیم: تثبیت نیتروژن در گیاهان را خود گیاه انجام نمی‌دهد؛ بعضی باکتری‌ها، به‌صورت آزاد در خاک یا همزیست با گیاه، و بعضی سیانوباکتری‌ها نیتروژن جو را به نیتروژن قابل استفاده تبدیل می‌کنند. ریزوبیوم نمونه‌ای از باکتری‌های همزیست است که در گرهک ریشه گیاهان تیره پروانه‌واران زندگی می‌کند؛ نیتروژن را تثبیت می‌کند و از گیاه مواد آلی می‌گیرد. گیاه نیز نیتروژن مولکولی هوا را مستقیماً از خاک جذب نمی‌کند و تثبیت نیتروژن را نباید با جذب یون‌های آمونیوم یا نیترات یکی دانست.
تثبیت نیتروژن در گیاهان چگونه انجام می‌شود؟
جو نیتروژن مولکولی فراوانی دارد، اما گیاه نمی‌تواند این شکل را مستقیماً جذب و مصرف کند. در تثبیت زیستی، بعضی باکتری‌ها نیتروژن جو را به شکل قابل استفاده تبدیل می‌کنند. این باکتری‌ها ممکن است آزاد در خاک یا در ارتباط همزیستی با گیاه باشند. نیتروژن تثبیت‌شده می‌تواند با دفع مواد از باکتری یا پس از مرگ آن در دسترس گیاه قرار گیرد. در نمونه همزیستی ریزوبیوم، باکتری در گرهک ریشه گیاهان تیره پروانه‌واران زندگی می‌کند و دو طرف مبادله سود می‌برند.
- نیتروژن جو: ماده آغازین فرایند تثبیت.
- عامل زیستی: بعضی باکتری‌ها و در نمونه‌هایی از همزیستی، سیانوباکتری‌ها.
- شکل‌های عمده قابل جذب برای گیاه: یون آمونیوم و یون نیترات.
- ریزوبیوم: باکتری تثبیت‌کننده نیتروژن در گرهک ریشه گیاهان تیره پروانه‌واران.
تفاوت تثبیت نیتروژن با جذب نیتروژن چیست؟
تثبیت و جذب دو مرحله با دو فاعل متفاوت‌اند. در تثبیت زیستی، جاندار تثبیت‌کننده شکل مولکولی نیتروژن جو را به نیتروژن قابل استفاده تبدیل می‌کند. در جذب، ریشه گیاه یون‌های محلول مانند آمونیوم یا نیترات را از خاک می‌گیرد. پس جمله «ریشه، نیتروژن هوا را تثبیت می‌کند» فاعل را عوض کرده و جمله «باکتری، نیترات خاک را از راه تار کشنده جذب می‌کند» ساختار گیاهی را به باکتری نسبت داده است. در تست، نخست شکل ماده و سپس عامل هر مرحله را مشخص کن.
- تثبیت: تغییر شکل نیتروژن جو به نیتروژن قابل استفاده.
- جذب: ورود یون‌های محلول از محیط خاک به گیاه.
- نیتروژن مولکولی، آمونیوم و نیترات را یک ماده با یک مسیر ندان.
- وجود نیتروژن در هوا به معنی توانایی جذب مستقیم آن به‌وسیله ریشه نیست.
ریزوبیوم و گرهک ریشه چه رابطه‌ای با تثبیت نیتروژن دارند؟
ریزوبیوم در گرهک‌های ریشه بعضی گیاهان تیره پروانه‌واران زندگی می‌کند. باکتری نیتروژن را تثبیت می‌کند و نیاز گیاه به این عنصر را برطرف می‌سازد؛ گیاه نیز مواد آلی مورد نیاز باکتری را فراهم می‌کند. گرهک را خود باکتری یا یک توده بی‌ساختار در خاک فرض نکن؛ گرهک برجستگی مربوط به ریشه و محل زندگی باکتری همزیست است. همچنین حضور گرهک به این معنی نیست که همه یاخته‌های ریشه یا خود گیاه توان تثبیت نیتروژن پیدا کرده‌اند.
شکل تغییرات مواد نیتروژن‌دار خاک را چگونه تحلیل کنیم؟
شکل را از نام جاندارها حفظ نکن؛ هر پیکان را با «مبدأ، مقصد و شکل نیتروژن» بخوان. ابتدا نیتروژن جو، آمونیوم و نیترات را جدا علامت بزن. سپس باکتری تثبیت‌کننده، باکتری نیترات‌ساز و ریشه گیاه را پیدا کن و فقط بر پایه جهت پیکان، نقش هر کدام را بنویس. پیکان از نیتروژن جو به بخش تثبیت، تبدیل را نشان می‌دهد؛ پیکان مربوط به ریشه، جذب شکل قابل استفاده را. از نزدیکی دو برچسب در شکل نتیجه نگیر که یک جاندار همه تبدیل‌ها را انجام می‌دهد.
- سه برچسب ماده را جدا کن: نیتروژن جو، آمونیوم و نیترات.
- عامل هر پیکان را از روی راهنمای شکل مشخص کن.
- تبدیل ماده را از ورود ماده به ریشه جدا نگه دار.
- از اندازه نمادها، مقدار تثبیت یا جذب را محاسبه نکن.
- وجود چند نوع باکتری در شکل را به یک نقش مشترک برای همه آن‌ها تبدیل نکن.
ریزوبیوم چه تفاوتی با قارچ ریشه‌ای میکوریزا دارد؟
هر دو رابطه می‌توانند همزیستی گیاه با جانداری دیگر باشند، اما جاندار و نقش آن‌ها متفاوت است. ریزوبیوم باکتری تثبیت‌کننده نیتروژن است و در گرهک ریشه گیاهان تیره پروانه‌واران زندگی می‌کند. میکوریزا قارچ ریشه‌ای است؛ پیکر رشته‌ای آن سطح تماس بیشتری با خاک دارد و مواد معدنی، به‌ویژه فسفات، را برای گیاه فراهم می‌کند. هر دو از گیاه مواد آلی می‌گیرند، اما همین شباهت اجازه نمی‌دهد تثبیت نیتروژن را به قارچ یا فراهم‌کردن فسفات را به ریزوبیوم نسبت دهیم.
- ریزوبیوم: باکتری، گرهک ریشه، تثبیت نیتروژن.
- میکوریزا: قارچ، پیکر رشته‌ای، فراهم‌کردن مواد معدنی به‌ویژه فسفات.
- وجه مشترک: دریافت مواد آلی از گیاه در رابطه همزیستی.
- دام تستی: تعویض نوع جاندار یا ماده‌ای که برای گیاه فراهم می‌شود.
یک مثال تستی درباره ریزوبیوم و تثبیت نیتروژن را حل کنیم
فرض کن گزینه می‌گوید: «در گیاه نخود، یاخته‌های ریشه درون گرهک نیتروژن مولکولی خاک را جذب می‌کنند و به نیترات تبدیل می‌کنند؛ باکتری نیز فسفات ساخته‌شده را از گیاه می‌گیرد.» گزینه چند جابه‌جایی دارد. عامل تثبیت، ریزوبیوم همزیست است نه یاخته گیاهی؛ ماده آغازین، نیتروژن جو است نه یک یون جذب‌شونده به‌وسیله ریشه؛ و گیاه مواد آلی در اختیار باکتری می‌گذارد، نه اینکه برای آن فسفات بسازد. برای رد گزینه لازم نیست یک کلمه کلیدی را حفظ کنی؛ کافی است فاعل، ماده و جهت مبادله را جدا بررسی کنی.
خطاهای رایج تست تثبیت نیتروژن در گیاهان کدام‌اند؟
بیشتر دام‌ها با عوض‌کردن فاعل فرایند، شکل نیتروژن یا جاندار همزیست ساخته می‌شوند. هر عبارت را به سه پرسش «چه جانداری؟ کدام شکل نیتروژن؟ چه تغییری؟» بشکن.
- گیاه را عامل مستقیم تثبیت زیستی نیتروژن ندان.
- جذب نیترات یا آمونیوم را همان تثبیت نیتروژن معرفی نکن.
- نیتروژن مولکولی جو را ماده‌ای ندان که ریشه مستقیماً جذب می‌کند.
- همه باکتری‌های خاک را تثبیت‌کننده نیتروژن فرض نکن.
- گرهک را خود باکتری یا بخشی از قارچ ریشه‌ای ننام.
- ریزوبیوم را با میکوریزا و تثبیت نیتروژن را با فراهم‌کردن فسفات جابه‌جا نکن.
- از شکل کتاب، سرعت یا مقدار عددی تثبیت و جذب استخراج نکن.
چک‌لیست ۳۰ ثانیه‌ای تحلیل تثبیت نیتروژن چیست؟
پیش از انتخاب گزینه، یک جدول سه‌ستونی برای «عامل، ماده ورودی و نتیجه» بساز. اگر عبارت نقش ریشه، باکتری و قارچ را روی یکدیگر گذاشته باشد، این جدول خطا را سریع آشکار می‌کند.
- فاعل فرایند گیاه است، باکتری است یا قارچ؟
- ماده مورد بحث نیتروژن جو، آمونیوم، نیترات یا فسفات است؟
- گزینه درباره تبدیل ماده حرف می‌زند یا جذب آن؟
- اگر ریزوبیوم مطرح است، گرهک ریشه و گیاهان تیره پروانه‌واران درست ذکر شده‌اند؟
- جهت انتقال مواد آلی میان گیاه و جاندار همزیست درست است؟
- نقش ریزوبیوم و میکوریزا جابه‌جا نشده است؟
- جزئیات عبارت و شکل را با کتاب رسمی همان سال تطبیق داده‌ام؟
در تثبیت نیتروژن، بعضی باکتری‌ها نیتروژن جو را به نیتروژن قابل استفاده تبدیل می‌کنند؛ گیاه این کار را مستقیماً انجام نمی‌دهد و ریشه عمدتاً یون‌های آمونیوم یا نیترات را جذب می‌کند. ریزوبیوم در گرهک ریشه گیاهان تیره پروانه‌واران نیتروژن را تثبیت و در برابر، مواد آلی دریافت می‌کند. برای حل تست، تثبیت را از جذب جدا کن و نقش ریزوبیوم را با قارچ ریشه‌ای میکوریزا جابه‌جا نکن.
این درس‌نامه با گفتارهای «جذب مواد معدنی خاک» و «جانداران مؤثر در تغذیه گیاهی» از فصل ۷ نسخه رسمی زیست‌شناسی ۱ سال تحصیلی ۱۴۰۵–۱۴۰۶ تطبیق داده شده است؛ متن و شکل همان چاپ، مرجع نهایی جزئیات‌اند.