15.2. Використання азоту в біосинтетичних процесах водоростей

Як морські, так і прісноводні водорості можуть засвоювати неорганічні сполуки азоту (нітрати NO₃^–), нітрити (NO₂^–) та амоній (NH₄⁺). Незалежно від вмісту у воді тих чи інших форм азоту, їх засвоєння та включення в органічні сполуки водоростевих клітин відбувається тільки через перетворення NH₄⁺. Цей процес має двостадійний характер і пов’язаний з внутрішньоклітинним нітропродуктазним комплексом.

Включення іону амонію в процес біосинтезу органічних сполук відбувається за участю глутамінсинтетазної реакції, внаслідок якої NH₄⁺ взаємодіє з глутаматом, утворюючи амінокислоту глутамін. Цей процес пов'язаний з енергозабезпеченням. Наприклад, утилізація і перетворення нітратів у амінокислоти вимагає до 10 електронів на молекулу. Біоенергетичне забезпечення такої метаболічної реакції у водоростевих клітинах можливе лише в світлий час доби, коли відбувається фотосинтез. У темноті цей процес відбувається на досить низькому рівні або навіть повністю призупиняється.

В умовах, коли у водному середовищі різко знижений вміст азоту і клітини відчувають його дефіцит, процес утилізації NO₃^– і NH₄⁺ може відбуватися в нічний період, але в світлий час його інтенсивність особливо висока.

Характерною особливістю фізіології водоростей є можливість накопичу­вати асимільований азот у вигляді іонів нітрату, амонію або низькомолекуляр­них органічних сполук. Водорості, особливо морські, можуть засвоювати з води органічні сполуки азоту у вигляді амінокислот, сечовини, пуринів.

Як один з найбільш важливих біогенних елементів азот (переважно у формі нітратів) істотно впливає на біологічну продуктивність водних екосистем. В оптимальних концентраціях він обумовлює підвищену продукцію фітопланктону, фітобентосу, вищих водяних рослин. Дефіцит мінерального азоту призводить до зниження інтенсивності фотосинтезу у рослин. В той же час надмірне надходження сполук азоту часто є причиною забруднення водойм та їх евтрофікації.

15.3. Алохтонний і автохтонний азот водних екосистем

Між сполуками азоту, які надходять у водойми іззовні (алохтонними) і тими, які утворюються в них за рахунок відмирання гідробіонтів (автохтонними), існує певна якісна різниця. Органічна біомаса наземного походження після надходження у водойми розпадається повільніше, ніж відмерлі водяні організми. Тому як джерело азоту вона використовується у водних екосистемах менш ефективно. Існують, однак, водні екосистеми, наприклад, гірських річок, у яких основним джерелом алохтонного азоту є листовий опад з дерев.

Що ж стосується гідробіонтів як джерела автохтонного азоту, то після їх відмирання та швидкої мінералізації органічних сполук з їх тіла вивільнюється велика кількість енергії і азоту, які включаються у внутрішньоводоймний кругообіг. Вони також використовуються для нарощування біомаси нових генерацій гідробіонтів.

Автохтонним, або внутрішньоводоймним, джерелом азоту можуть бути бактерії, водорості, вищі водяні рослини, безхребетні тварини, риби. При цьому найбільшу роль у кругообігу азоту автохтонного походження в континен­таль­них водоймах здебільшого відіграють фітопланктон і макрофіти. Після відмирання гідробіонти розкладаються під дією бактерій в товщі води або на дні, що й формує вміст азоту у донних відкладах.

В залежності від типу водних об'єктів рослинна біомаса (фітопланктон, макрофіти) може включати до 90 % загального азоту в екосистемі.