Stickstofffixierung in Pflanzen

Von Almut Splisteser & Miriam BerkhoffFachhochschule MünsterFachbereich 01SS 2010 Anorganische Chemie Ibei Prof. Dr. Jüstel

Gliederung

I. Stickstoffgruppe

II. Arten der Stickstofffixierung

III. Vergleich zum Haber-Bosch-Verfahren

IV. Einsatz von Düngemitteln

V. Fazit

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Wozu braucht die Pflanze Stickstoff

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I. Stickstoffgruppe

N2

Aufbau von Eiweiß

Aufbau von Chlorophyll

Durchführung der Photosynthese!

Motor des Vegetativen Wachstums!

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Aufbau des Chlorophyllmoleküls

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• Diverse Chlorophyll Arten• Chlorophyll a C55H72O5N4Mg• Chlorophyll b C55H70O6N4Mg

•Wortstamm nicht von Chlor, sondern chlōrós – hellgrün, phýllon – Blatt

I. Stickstoffgruppe

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Wozu brauchen wir Menschen Stickstoff

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N2Enzymbildner

Bestandteil der DNA

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I. Stickstoffgruppe

Stickstoff und seine Verwandten

• Phosphor „P“– Wichtiger Pflanzendünger

generatives Wachstum (Blüte, Frucht)

• Arsen „As“– ist ein Spurenelement, Aufnahme 10-25 µg/Tag

– Kohlehydratumsatz der Pflanzen

– Bei Säugetiere: Verstoffwechslung von Aminosäuren

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I. Stickstoffgruppe

• Antimon „Sb“

– Bestandteil einiger Pestizide

– Verwendung für Legierungen, Dotierung von Halbleitern, Vulkanisierung von rotem Kautschuk

• Bismut „Bi“

– Optische Gläser, gelbes Pigment für wetterstabile Fassaden

– als Röntgenkontrastmittel

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I. Stickstoffgruppe

Arten der Stickstofffixierung

• Chemische Stickstofffixierung– Blitzschlag – 15%

• Biologische Stickstofffixierung– Leguminosen, – Zersetzung durch Bakterien – 60%

• Technische Stickstofffixierung– Haber-Bosch-Verfahren– 25%

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I. Stickstoffgruppe

Stickstoffkreislauf

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II. Arten der Stickstofffixierung

Chemische Gewinnung

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1. Blitzeinschlag, Verbrennungen, Vulkanausbrüchen

2. N2 + O2 2NO

4NO +3O2+ 2H2O 4 HNO3

4HNO3 4NO3- + 4H+

NO3- ist für die Pflanzen verwertbar

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II. Arten der Stickstofffixierung

Biologische Gewinnung

Variante 1

1. Lebewesen fressen Pflanzen

2. Ausscheiden der Nahrung bzw. Tod von Pflanzen und Lebewesen in Form von NH3

Variante 2

Einige Pflanzen können den Luftstickstoff direkt nutzen Diazotrophie

Bsp.: Leguminosen

Grund: Symbiose mit Knöllchenbakterien „Molybdän“

1. Aufnahme N2 aus der Luft

2. Über Knöllchenbakterien assimilieren

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II. Arten der Stickstofffixierung

Umwandlung

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3.

3. Zersetzung von organischen Resten Mineralisierung NH3 + H+

NH4+

4. Nitrifikationa) Nitrosomonos sind Molybdänhaltige Nitritbakterien2NH4

+ + 3O2 2NO2- + 4H+ + 2H20

b) Nitrobakter sind Molybdänhaltige Nitratbakterien2NO2

- + O2 2NO3-

4.

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II. Arten der Stickstofffixierung

Aufnahme

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5. Durch die Nitrifikation kann der lebensnotwendige Stickstoff aufgenommen werden

Speicherung Chloroplasten5.

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II. Arten der Stickstofffixierung

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Vergleich zum Haber-Bosch-VerfahrenTechnisch Biologisch

Energie-aufwand

Hoch:1L Erdöl für 1kg Düngemittel

Hoch:N₂ + 8H⁺+ 8e⁻→2NH₃+ H₂(von ATP geliefert)

H₂ - Lieferant Erdgas (Erdöl, Kohle)(fossile Photosyntheseprodukte)

Kohlenhydrate

Katalysatoren Eisen- oder Molybdän

Recht leistungsstark

Eisen-Molybdän-Protein

Sehr leistungsfähig

Reaktions-bedingungen

~ 200 bar

~ 500°C

1 bar

20-30°C

III. Vergleich zum Haber-Bosch-Verfahren

Alternativen

Alternativ zum Düngen: Vierfelderwirtschaft

1. Kartoffeln (größter Nährstoffverbrauch)

2.Getreide (Stickstoffversorgung)

3.Hülsenfrüchte (Knöllchenbakterien)

4.Weideland (Anreicherung mit Nährstoffen)

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IV. Einsatz von Düngemitteln

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Knöllchenbakterien

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IV. Einsatz von Düngemitteln

Probleme der Überdüngung

• Bodenfauna wird geschädigt

• Qualität des Grundwassers

• zu hoher Nitratgehalt

in Produkten und Gewässern

NO₃⁻ + 2e⁻ + 2H⁺ → NO₂⁻ + H₂O

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IV. Einsatz von Düngemitteln

FazitMangelerscheinung Überdüngung

ÜberdüngungsverbrennungVergilbung, spärliches Wachstum

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V. Fazit

Quellenangaben

• Fachkunde für Gärtner, Holger Seipel, 6. aktualisierte Auflage, ISBN.: 3.582.04155.7

• Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Holleman/Wieberg, 101. Auflage

• http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d34/34b.htm

• http://www.uni-bielefeld.de/presse/fomag/S_43_49.pdf

• Wikipedia

• Skript Anorganische Chemie I, Prof. Dr. Jüstel

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Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit

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