Piccola curiosità...

[Dani24]

Leggendo Una sintesi di «Ecologia dell'acquario di piante» mi è venuto qualche piccolo dubbio... Spero di aver scritto nella sezione giusta. Intanto cito le parti interessate:

Le piante acquatiche possono utilizzare ammonio (NH4+), nitrito (NO₂^-–) o nitrato (NO₃^-–) come loro fonte di azoto. È stato rilevato che molte piante acquatiche preferiscono l’ammonio ai nitrati e la misura del questa preferenza è sostanziale. Ad esempio l’Elodea nuttallii, crescendo in una miscela di ammonio e nitrati, ha rimosso il 50% dell’ammonio iniziale dopo 8 ore ma pochi nitrati. Solo quando l’ammonio era esaurito (cioè dopo circa 16 ore), ha iniziato ad assorbire nitrati.

Ci sono pochi studi che confrontano l’effetto dei nitrati e dell’ammonio sulla crescita delle piante acquatiche rispetto alle loro «preferenze di assorbimento» discussi nel paragrafo precedente. ll fatto che piante assorbono preferenzialmente ammonio in una miscela di ammonio e nitrati non garantisce che crescano meglio con l’ammonio. [...] È dimostrato che l’Elodea nuttallii cresce molto meglio con l’ammonio piuttosto che con i nitrati come fonte di azoto. Le piante nell’acqua di un lago non fertilizzato non avevano il più piccolo aumento nella loro crescita. Questa era probabilmente limitata dalla mancanza di azoto dato che, quando è stato aggiunto nitrato (NO₃^-–), hanno iniziato a crescere meglio di quelle non fertilizzate. Tuttavia le piante crescevano molto meglio quando è stato aggiunto l’ammonio (NH4+).

Sia i nitrati che l’ammonio hanno i propri attributi come fonte di N (azoto) per le piante. Se una specie di pianta cresce meglio con uno o l’altro dipende da dove la specie si è evoluta. Le specie di habitat dove predomina il nitrato crescono meglio con i nitrati; le specie di habitat dove predomina l’ammonio crescono meglio con l’ammonio.

Nel suolo terrestre i nitrati sono predominanti. Questo perché l’ossigeno è pieno di organismi, come i batteri nitrificanti, che convertono rapidamente l’ammonio in nitrati. I nitrati si accumulano perché l’ossigeno scoraggia la rimozione dei nitrati con i processi di denitrificazione. Così molte piante terrestri, soprattutto il grano, si sono adattate bene ai loro ambienti e in generale preferiscono i nitrati o una miscela di nitrato e ammonio piuttosto che l’ammonio puro.

Nell’ambiente acquatico, tuttavia, l’ammonio è predominante. Questo perché quasi tutti i sedimenti che sostengono la crescita delle piante acquatiche sono anaerobici. L’ammonio, e non i nitrati, tende ad accumularsi perché le condizioni anaerobiche scoraggiano la nitrificazione e incoraggiano la denitrificazione. Dato che l’ammonio predomina nell’ambiente, la maggior parte delle specie di piante acquatiche hanno sviluppato una nutrizione a base di ammonio. Le eccezioni, come Littorella untflora, Lobelia dortmanna, Luronium natans e Echinodorus ranunculoides, provengono da ambienti che sono scarsi di nutrienti («ultraoligotrofici»). Questi ambienti favoriscono la nitrificazione e l’accumulo di nitrati. Inoltre le piante stesse incoraggiano la nitrificazione rilasciando grandi quantità di ossigeno dalle radici. Queste quattro specie apparentemente preferiscono l’assorbimento dei nitrati dalle radici rispetto al più comune assorbimento di ammonio dalle foglie.

Piante, alghe e tutti gli organismi che utilizzano la fotosintesi si servono dell’ammonio (e non del nitrato) per produrre le loro proteine.

La conversione in ammonio dal nitrato da parte delle piante (es. con la riduzione del nitrato) richiede energia e sembra essere l’immagine speculare della nitrificazione. I batteri nitrificanti prendono l’energia di cui hanno bisogno per i loro processi di vita unicamente dall’ossidazione dell’ammonio in nitrato; l’energia totale guadagnata tramite la nitrificazione in due fasi è di 84 Kcal/mol e la sua reazione è:

NH4+ + 2 O2 => NO₃^-– + H2O + 2 H+

Le piante devono spendere essenzialmente la stessa quantità di energia (83 Kcal/mol) per convertire i nitrati nuovamente in ammonio nel processo in due fasi di riduzione del nitrato. La reazione per la riduzione del nitrato è:

NO₃^-– + H2O + 2 H+ => NH4+ + 2 O2
Le piante usano l’ammonio per sintetizzare le loro proteine. Così, quando i batteri nitrificanti convertono l’ammonio in nitrati, le piante sono costrette, con grande dispendio di energia, a riconvertire i nitrati in ammonio.

Mi sembra di aver capito, per quanto riguarda l'assunzione di azoto, che ci sono piante che preferiscono l'ammonio e piante (più rare) che preferiscono i nitrati... Quest'ultime, per poter usare l'azoto, devono spendere energia per convertire nitrati in ammonio. Allora che senso ha preferire i nitrati? Ho capito che nel loro ambiente di origine ci sono pochi (o nessuno) ione ammonio [presumendo o meno che ambienti "ultraoligotrofici" significhi anche scarsi di ammonio, resta comunque il fatto che sono anche ambienti dove c'è un processo di nitrificazione molto elevato, ergo ammonio --> nitrito --> nitrato] e molti nitrati... ma comunque, quando in presenza di ammonio, perché non preferire quest'ultimo? Scusate la domanda da "precisino" ma è solo una curiosità che avevo per la testa e chi meglio di voi può soddisfarla... Grazie.

[cicerchia80]

presumendo o meno che ambienti "ultraoligotrofic

Si

Scusate la domanda da "precisino" ma è solo una curiosità che avevo per la testa e chi meglio di voi può soddisfarla...

Giusto una domandina leggera è?

@Humboldt @Artic1
Io credo che è dovuto anche al fatto che comunque l'assorbimento è dato da via radicale(nell'Egeria no) e tutte le piante scompongono la molecola essenziole da forme di ossidazione dalle radiciFe3,PO₄^3-,So4(che peraltro viene assunto solo in questa forma)molto probabilmente hanno bisogno necessariamente di O per assorbire N

[Dani24]

Giusto una domandina leggera è?

Eh, infatti

molto probabilmente hanno bisogno necessariamente di O per assorbire N

Non avevo pensato a questo... in effetti potrebbe essere . In ogni caso comunque è solo una preferenza, infatti se quelle che normalmente preferiscono i nitrati hanno bisogno di azoto e c'è solo ammonio... di certo non si rifiutano. Comunque è lo stesso principio per cui alcune piante preferiscono nutrirsi per via radicale o per via fogliare... Le prime suppongo preferiscano NO₃^- e le altre NH4...
Quindi la domanda sorge spontanea: perché alcune piante preferiscono nutrimento radicale o fogliare? (Non so se è corretto dirlo così)
Prima però c'è una distinzione da fare. Le piante palustri adattate alla vita sommersa (cioè la maggior parte delle piante in acquario se ho capito bene) preferiscono ovviamente (?) il nutrimento attraverso le radici, perché da semi emersa la pianta assorbiva solo CO₂ dalle foglie e null'altro (corretto?). Quindi direi che la domanda dovrebbe essere indirizzata alle piante prettamente acquatiche che vivono totalmente sommerse (l'unico esempio che mi viene in mente è, forse, Vallisneria sp.).

[Humboldt]

Mi sembra di aver capito, per quanto riguarda l'assunzione di azoto, che ci sono piante che preferiscono l'ammonio e piante (più rare) che preferiscono i nitrati... Quest'ultime, per poter usare l'azoto, devono spendere energia per convertire nitrati in ammonio. Allora che senso ha preferire i nitrati?

Mi verrebbe da dire " de gustibus..." ma non mi sembra il caso o forse no

Gli aspetti legati all'assimilazione dell'azoto da parte delle piante sono numerosi e spesso anche abbastanza complessi.
In estrema sintesi limitando il ragionamento al mondo delle piante per acquari gli aspetti da considerare sono diversi.
Il primo aspetto è il seguente: la pianta deve essere capace di assorbire prioritariamente azoto in forma ammoniacale o azoto in forma di nitrato (lo stesso vale per i nitriti) e questo dipende dalle specie e dalla sua ecologia. Le piante propriamente acquatiche possono assimilare entrambi e lo fanno soprattutto a livello fogliare (volendo anche con le radici, ma queste in acqua perdono di importanza nella nutrizione). Nella colonna d'acqua la competizione per l'azoto tra piante e batteri vede le piante avvantaggiate e pertanto riescono a prendersi la forma che più gli piace e che richiede meno energie (NH4+). In acqua però compaiono nuovi competitor le alghe

Le piante terrestri e anfibie assorbono l'azoto essenzialmente per via radicale e nel mezzo semi-solido rappresentato dal terreno la competizione per la forma energeticamente migliore di azoto vede prevalere i batteri rispetto alle piante. Visto che il metabolismo ossidativo della ammonio batterico ha quale prodotto di scarto il nitrato le piante terrestri hanno basato la loro evoluzione sul nitrato.
Moltissime delle piante che alleviamo (o che cerchiamo) di allevare nei nostri acquari sono anfibie con una più o meno ampia tolleranza all'immersione. Quindi sono ecologicamente legate all'assimilazione dell'azoto in forma di nitrato. Essendo comunque anfibie posseggono tutta una serie di adattamenti che gli consentono di sfruttare l'ammonio al meglio (un esempio molto evidente è l'etorofillia: la differenza tra la forma delle foglie in acqua e quelle in aria).

Un altro aspetto molto importante è di natura biochimica.
A livello cellulare è più semplice trasportare/gestire il nitrato rispetto all'ammonio.
Se pensiamo alla sola relazione tra NH4+ e pH capiamo il perchè. In una tipica cellula vegetale il pH esterno alla cellula è tendente all'acido; il pH interno del citoplasma è basico e spesso anche abbastanza; il pH dei vacuoli (principali organelli di accumulo di nutrienti) è acido (anche intorno a 5).
Ora si comprende come l'NH4+ mal si presta al trasporto e/o accumulo se si considera il suo equilibrio dipendente dal pH con l'NH3 tossico.
Infine, l'accumulo intracellulare dell'anione nitrato NO₃^- è decisamente più facile da gestire come elettrolita. Può essere trasportato fuori e dentro la cellula bilanciando con numerosi e importanti cationi quali K+, H+, Na+, Mg2+, Fe++/+++, ecc.

[cicerchia80]

Ora si comprende come l'NH4+ mal si presta al trasporto e/o accumulo se si considera il suo equilibrio dipendente dal pH con l'NH3 tossico.

Cacchio....questa la sapevo ma l'avevo rimossa
Hum... ^:)^

[Dani24]

Mi sembra di aver capito, per quanto riguarda l'assunzione di azoto, che ci sono piante che preferiscono l'ammonio e piante (più rare) che preferiscono i nitrati... Quest'ultime, per poter usare l'azoto, devono spendere energia per convertire nitrati in ammonio. Allora che senso ha preferire i nitrati?

Mi verrebbe da dire " de gustibus..." ma non mi sembra il caso o forse no

Gli aspetti legati all'assimilazione dell'azoto da parte delle piante sono numerosi e spesso anche abbastanza complessi.
In estrema sintesi limitando il ragionamento al mondo delle piante per acquari gli aspetti da considerare sono diversi.
Il primo aspetto è il seguente: la pianta deve essere capace di assorbire prioritariamente azoto in forma ammoniacale o azoto in forma di nitrato (lo stesso vale per i nitriti) e questo dipende dalle specie e dalla sua ecologia. Le piante propriamente acquatiche possono assimilare entrambi e lo fanno soprattutto a livello fogliare (volendo anche con le radici, ma queste in acqua perdono di importanza nella nutrizione). Nella colonna d'acqua la competizione per l'azoto tra piante e batteri vede le piante avvantaggiate e pertanto riescono a prendersi la forma che più gli piace e che richiede meno energie (NH4+). In acqua però compaiono nuovi competitor le alghe

Le piante terrestri e anfibie assorbono l'azoto essenzialmente per via radicale e nel mezzo semi-solido rappresentato dal terreno la competizione per la forma energeticamente migliore di azoto vede prevalere i batteri rispetto alle piante. Visto che il metabolismo ossidativo della ammonio batterico ha quale prodotto di scarto il nitrato le piante terrestri hanno basato la loro evoluzione sul nitrato.
Moltissime delle piante che alleviamo (o che cerchiamo) di allevare nei nostri acquari sono anfibie con una più o meno ampia tolleranza all'immersione. Quindi sono ecologicamente legate all'assimilazione dell'azoto in forma di nitrato. Essendo comunque anfibie posseggono tutta una serie di adattamenti che gli consentono di sfruttare l'ammonio al meglio (un esempio molto evidente è l'etorofillia: la differenza tra la forma delle foglie in acqua e quelle in aria).

Un altro aspetto molto importante è di natura biochimica.
A livello cellulare è più semplice trasportare/gestire il nitrato rispetto all'ammonio.
Se pensiamo alla sola relazione tra NH4+ e pH capiamo il perchè. In una tipica cellula vegetale il pH esterno alla cellula è tendente all'acido; il pH interno del citoplasma è basico e spesso anche abbastanza; il pH dei vacuoli (principali organelli di accumulo di nutrienti) è acido (anche intorno a 5).
Ora si comprende come l'NH4+ mal si presta al trasporto e/o accumulo se si considera il suo equilibrio dipendente dal pH con l'NH3 tossico.
Infine, l'accumulo intracellulare dell'anione nitrato NO₃^- è decisamente più facile da gestire come elettrolita. Può essere trasportato fuori e dentro la cellula bilanciando con numerosi e importanti cationi quali K+, H+, Na+, Mg2+, Fe++/+++, ecc.

Non potevo pretendere spiegazione migliore, Grazie

[Artic1]

Visto che il metabolismo ossidativo della ammonio batterico ha quale prodotto di scarto il nitrato le piante terrestri hanno basato la loro evoluzione sul nitrato.

Questo è il punto chiave.
L'azoto in forma di ammonio resta tale per poco e non possiamo dare solo ammonio perché sennò sai che problemi di nitriti?
Peraltro anche l'ammonio può essere pericoloso se troppo concentrato

Quindi... Perché nitrati? Perché sono più comuni e perché è di fatto impossibile essere più veloci dei batteri nel prendere l'ammonio (quindi le piante prendono quel che possono ma il resto i batteri lo degradano subito, per loro è vita!).

Complimenti Humboldt!