Stickstofffixierung in Pflanzen - fh-muenster.de · der DNA 07.05.2010 I. Stickstoffgruppe....

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Stickstofffixierung in Pflanzen Von Almut Splisteser & Miriam Berkhoff Fachhochschule Münster Fachbereich 01 SS 2010 Anorganische Chemie I bei Prof. Dr. Jüstel
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  • 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

    Stickstofffixierung in Pflanzen von Almut Splisteser & Miriam Berkhoff

    207.05.2010

  • Wozu braucht die Pflanze Stickstoff

    Stickstofffixierung in Pflanzen von Almut Splisteser & Miriam Berkhoff

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    I. Stickstoffgruppe

    N2

    Aufbau von Eiweiß

    Aufbau von Chlorophyll

    Durchführung der Photosynthese!

    Motor des Vegetativen Wachstums!

    07.05.2010

  • Aufbau des Chlorophyllmoleküls

    Stickstofffixierung in Pflanzen von Almut Splisteser & Miriam Berkhoff

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

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

    I. Stickstoffgruppe

    07.05.2010

  • Wozu brauchen wir Menschen Stickstoff

    Stickstofffixierung in Pflanzen von Almut Splisteser & Miriam Berkhoff

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    N2EnzymbildnerBestandteil

    der DNA

    07.05.2010

    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 HNO34HNO3 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)

    15Stickstofffixierung in Pflanzen von Almut

    Splisteser & Miriam Berkhoff 07.05.2010

    IV. Einsatz von Düngemitteln

  • Stickstofffixierung in Pflanzen von Almut Splisteser & Miriam Berkhoff

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    Knöllchenbakterien

    07.05.2010

    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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    Splisteser & Miriam Berkhoff 07.05.2010

    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

    Stickstofffixierung in Pflanzen von Almut Splisteser & Miriam Berkhoff

    1907.05.2010

    http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d34/34b.htmhttp://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d34/34b.htmhttp://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d34/34b.htmhttp://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d34/34b.htmhttp://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d34/34b.htmhttp://www.uni-bielefeld.de/presse/fomag/S_43_49.pdfhttp://www.uni-bielefeld.de/presse/fomag/S_43_49.pdfhttp://www.uni-bielefeld.de/presse/fomag/S_43_49.pdf

  • Vielen Dank für Ihre

    Aufmerksamkeit

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    2007.05.2010