Übersicht
Die Vorlesung behandelt den globalen Stickstoffkreislauf, seine wichtigsten Schritte sowie die Bedeutung von Stickstoff für Pflanzen, Tiere und Menschen.
Aufbau des Stickstoffkreislaufs
- Stickstoff zirkuliert kontinuierlich zwischen Atmosphäre, Pflanzen, Tieren und Boden.
- Der Kreislauf besteht aus vier Hauptschritten: Fixierung, Nitrifikation, Nitratreduktion und Denitrifikation.
Schritt 1: Stickstofffixierung
- Luftstickstoff (N₂) wird zu Ammoniak (NH₃) und Ammonium (NH₄⁺) umgewandelt.
- Biologische Fixierung erfolgt durch Bakterien, insbesondere Rhizobium in Symbiose mit Leguminosen.
- Abiotische Fixierung geschieht durch Blitze, Verbrennung oder Vulkanismus.
- Ammoniak kann toxisch für Pflanzen sein, Ammonium ist in kleinen Mengen nutzbar.
Schritt 2: Nitrifikation
- Ammonium wird durch nitrifizierende Bakterien zuerst zu Nitrit (NO₂⁻) und dann zu Nitrat (NO₃⁻) oxidiert.
- Pflanzen bevorzugen die Aufnahme von Nitrat gegenüber Ammonium.
Schritt 3: Nitratreduktion
- Pflanzen reduzieren Nitrat (NO₃⁻) im Zytoplasma zu Nitrit und in Plastiden zu Ammoniumionen.
- Aus Ammoniumionen bilden Pflanzen Aminosäuren und daraus Proteine.
Schritt 4: Denitrifikation
- Denitrifizierende Bakterien wandeln Nitrat wieder zu molekularem Stickstoff (N₂) um.
- Der Stickstoff wird in die Atmosphäre freigesetzt und der Kreislauf beginnt erneut.
Bedeutung des Stickstoffs
- Stickstoffverbindungen machen 5–30% des pflanzlichen Trockengewichts aus.
- Bei Tieren ist der Stickstoffanteil noch höher, da er Bestandteil von Proteinen und Nukleinsäuren ist.
- Pflanzen bilden die Basis für den Stickstoffgehalt aller Tiere.
Rückführung des Stickstoffs
- Tote Organismen und Exkremente liefern Stickstoff zurück in den Boden.
- Bodenbakterien (Destruenten) setzen Stickstoff über Ammonifikation frei.
Fachbegriffe & Definitionen
- Stickstofffixierung — Umwandlung von N₂ zu NH₃/NH₄⁺ durch Bakterien oder abiotische Prozesse.
- Nitrifikation — Oxidation von NH₄⁺ zu NO₂⁻ und NO₃⁻ durch Bakterien.
- Nitratreduktion — Umwandlung von NO₃⁻ zu NH₄⁺ in Pflanzen.
- Denitrifikation — Rückführung von NO₃⁻ zu N₂ durch Mikroorganismen.
- Symbiose — Zusammenleben mit gegenseitigem Nutzen, z.B. Rhizobium und Leguminosen.
- Ammonifikation — Umwandlung organischen Stickstoffs zu Ammoniak durch Destruenten.
Aufgaben & Weiteres Vorgehen
- Erarbeiten Sie die vier Schritte des Stickstoffkreislaufs.
- Prüfen Sie die Rolle unterschiedlicher Bakterienarten im Kreislauf.