肥料の三要素
NO 2 − + 6 Fd {\displaystyle {\ce {NO2^- + 6Fd}}} (還元型) + 8 H + ⟶ NH 4 + + 6 Fd {\displaystyle {\ce {+ 8H+ -> NH4+ + 6Fd}}} (酸化型) + 2 H 2 O {\displaystyle {\ce {+ 2H2O}}}
硝酸イオンと亜硝酸イオンの両還元酵素の活性は調節を受けており、硝酸の同化速度は植物の窒素要求量に合わせたものにされている。同化速度の抑制はエネルギーと炭素骨格を無駄に消費しないためであり、同化速度の促進は植物体内での亜硝酸イオンとアンモニウムイオンの過剰な蓄積を防ぐためである。亜硝酸イオンとアンモニウムイオンはどちらも植物体内で高濃度となると毒性を示す。
NR遺伝子は硝酸イオン濃度によって発現調節されている。植物の根に硝酸イオンを与えると、NRのmRNAは数分のうちに根と葉で増加し始め、植物体内での濃度は数時間で最高に達する。硝酸存在下でのmRNAの増加は光条件やスクロースによってさらに促進される。NR酵素活性はmRNAの増加開始から数時間遅れて出現し、緩やかに上昇する。
いくつかの細菌は窒素ガスN2を生物学的窒素固定作用によりアンモニアに変換する。これらの細菌は窒素固定細菌[ 英: nitrogen fixing bacteria ]と呼ばれ、植物や他の生物(シロアリや原生生物)と共生する共生型と非共生型が存在する。また、アンモニアを硝酸に変換する硝酸菌や、硝酸を窒素ガスに変換する脱窒菌もいる。多くの細菌や真菌は有機物を分解し、アンモニアを放出する。これらの微生物の働きは窒素循環に関わる。
植物は、硝酸イオンへの親和性が異なる2種類の硝酸イオン輸送系を持つ。両方ともにその遺伝子は、NRT1とNRT2と呼ばれる遺伝子ファミリーに属す。また、細胞内外のpHの差を利用して1モルの硝酸イオンを2モルのプロトンと共輸送する。
高親和性輸送系[ 英: high-affinity transport system: HATS ]は硝酸イオンに対して0.01 - 0.1 mMのKm値を持ち、低濃度領域(0.5 mM以下)での吸収に関わる。HATSには硝酸イオン濃度によってその発現頻度が調節されているものと、濃度に関係なく一定の頻度で発現しているものがある。一方、高濃度領域(0.5 M以上)での吸収には低親和性輸送系[ 英: low-affinity transport system: LATS ]が主に担う。