mgr Paweł Staszek

Skąd azotyny w nowalijkach? Zarys asymilacji azotu przez rośliny

Dni staja się coraz dłuższe, ptaki śpiewają głośniej, wiosna zbliża się wielkimi krokami. Kolejnym “objawem” nadchodzenia nowej pory roku są stragany wypełnione pęczkami rzodkiewki, główkami sałaty czy wiązkami młodej marchwi. Nowalijki, definiowane w słowniku PWN jako “młode, wiosenne warzywa, ukazujące się po raz pierwszy w sezonie”, goszczą nie tylko na naszych talerzach ale staja się gorącym tematem dyskusji medialnych – jeść czy nie jeść, źródło witamin czy zagrożenie dla zdrowia. Najczęściej wymienianym zagrożeniem związanym ze spożywaniem nowalijek jest wysoka zawartość azotynów (azotanów (III)). Szkodliwość azotynów dla organizmu ludzkiego wiązana jest z powstawaniem methemoglobiny. W obecności azotynów może dochodzić do utleniania żelaza zawartego w hemoglobinie. Methemoglobina nie posiada zdolności transportowania tlenu, co w konsekwencji prowadzi do niedotlenienia organizmu w tym ośrodkowego układu nerwowego i mięśnia sercowego. Co więcej azotyny w reakcji z aminami, aminokwasami tworzą nitrozoaminy, które wykazują działanie rakotwórcze.

Zdjęcie: Igor Ovsyannykov unsplash.com

Zdjęcie: Igor Ovsyannykov unsplash.com

Skąd w takim razie azotyny biorą się w roślinach? Rośliny są organizmami autotroficznymi( samożywnymi), co oznacza, że posiadają zdolność syntezy skomplikowanych związków organicznych takich jak białka czy kwasy nukleinowe (np. DNA, RNA) korzystając jedynie z prostych nieorganicznych substancji (woda, dwutlenek węgla, sole mineralne) oraz energii słonecznej. Azot, obok potasu i fosforu, jest najważniejszym pierwiastkiem potrzebnym roślinom do wzrostu i rozwoju. Azot jest niezbędnym składnikiem między innymi białek, zasad azotowych czy wreszcie, koniecznego do prowadzenia fotosyntezy, chlorofilu. Azot w przyrodzie występuje w postaci różnorodnych związków chemicznych, jednakże do wspominanych wyżej, kluczowych dla rozwoju organizmu, związków  może być włączany jedynie azot w formie jonu amonowego (NH4+). Rośliny pobierają przede wszystkim, dostępny w glebie, azot mineralny w postaci jonów azotanowych (NO3-). Azot mineralny w reakcjach asymilacji redukowany jest do formy organicznej (jon amonowy), który może być włączany w związki organiczne. Asymilacja azotu jest dwuetapowym procesem wymagającym dużych nakładów energetycznych. Po pobraniu przez korzeń  jonów azotynowych są one  „na miejscu” redukowane do jonów azotynowych. Reakcja ta jest katalizowana przez złożony kompleks enzymatyczny – reduktazę azotanowa. Do zajścia reakcji redukcji niezbędny jest reduktor, czyli związek który może oddać elektron związkowi ulegającemu redukcji (utleniaczowi). W przypadku reakcji katalizowanej przez reduktazę azotanowa reduktorem jest zredukowana forma dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADH) lub zredukowana forma fosforanu tego nukleotydu (NADPH) a utleniaczem jon azotanowy. Powstałe w tej reakcji azotyny transportowane są do liści, gdzie ulegają dalszej redukcji. Za redukcję azotynów do jonu amonowego odpowiada reduktaza azotynowa. W tym przypadku źródłem elektronów nie jest NADH czy NADPH ale zredukowana ferredoksyna. Do redukcji ferredoksyny dochodzi podczas fotosyntezy(dokładnie w fazie zależnej od światła). Fakt ten wyjaśnia dlaczego ostateczna redukcja azotu mineralnego do organicznego ma miejsce w liściach – głównych organach przeprowadzających fotosyntezę.

Zdjęcie: Peter Wendt unsplash.com

Zdjęcie: Peter Wendt unsplash.com

Wracając do tematu bogatych w azotyny nowalijek, azotyny są naturalnym związkiem powstającym w procesie asymilacji azotu. Jednakże w warunkach optymalnych nie są one nagromadzane ale przekształcane do jonów amonowych, które dalej “wbudowywane” są w związki organiczne. Jakie więc czynniki wpływają na to, ze w wiosennych warzywach można znaleźć aż tyle azotynów? Po pierwsze, źródło azotu – nowalijki zwykle mają pod dostatkiem azotu mineralnego. W celu otrzymania szybko jak największego plonu są one obficie nawożone. Co więcej, obecnie coraz więcej warzyw, w szczególności wczesna wiosna, uprawianych jest w warunkach hydroponicznych (rośliny nie rosną w glebie tylko w odpowiednio napowietrzonych roztworach soli mineralnych) w szklarniach. Drugim warunkiem koniecznym do asymilacji azotu jest energia, gdyż jest to proces bardzo energochłonny. Rośliny w procesie fotosyntezy są w stanie energie słoneczna przekształcać w energie wiązań chemicznych, która dalej może być wykorzystana np. do asymilacji azotu. Jednakże, wczesna wiosna promieniowanie słoneczne jest słabe, dzień stosunkowo krotki a pogoda w marcu jak w garncu. Takie warunki świetlne nie pozwalają na wydajne przeprowadzanie fotosyntezy. Rosina pobiera azot w formie mineralnej ale nie jest zdolna zredukować całej jego puli do formy dla niej użytecznej. Część pobranych azotanów w korzeniach jest redukowana, azotany transportowane są do liści ….. i z powodu niskiej intensywności fotosyntezy a tym samym niedoboru zredukowanej ferredoksyny nie mogą być zredukowane do jonów amonowych co skutkuje nagromadzeniem azotynów w pędach (części nadziemnej) nowalijek. Azotyny toksyczne są również dla roślin, więc w przypadku niskiej aktywności fotosyntezy ograniczają one pobieranie jonów azotanowych. Jednakże faktem pozostaje, ze rośliny uprawiane wczesna wiosna, szczególnie w sposób intensywny, zawierają wyższe ilości azotynów i azotanów niż te rosnące w optymalnych warunkach. Obecne w wiosennych roślinach azotany mogą nieść ze sobą zagrożenie, gdyż warunkach beztlenowych mikroflora bakteryjna łatwo redukuje azotany do azotynów. Reakcji tej sprzyjają niewłaściwe warunki transportu i przechowywania nowalijek. Wysoka zawartość azotynów w wiosennych warzywach jest konsekwencją intensywnej (wysokie dawki nawozów) uprawy roślin w nieoptymalnych warunkach środowiska (niedobór światła) w połączeniu z wyzwaniami logistyki po zbiorze plonów, czyli ich przechowywaniem i transportem.