肥料の三要素
硝酸イオンは植物体内で硝酸還元酵素(NR)によって亜硝酸イオンに還元される。一般に、NR活性はホウレン草や小松菜といった双子葉植物の葉菜類で高く、イネ科植物で低い。
NO 3 − + NAD ( P ) H + H + + 2 e − ⟶ NO 2 − + NAD ( P ) + + H 2 {\displaystyle {\ce {NO3- + NAD(P)H + H^+ + 2e^- -> NO2^- + NAD(P)+ + H2}}}
植物のNRには2種類ある。そのうちの一つ、NADH-NRはNADHだけから還元反応に必要な電子を調達する(NADHのみを電子供与体とする)。ほとんどすべての植物の根と葉にはNADH-NRのみが存在する。もう一つのNR、NAD(P)H-NRはNADHとNADPHの両方を電子供与体として利用することができる。トウモロコシや大麦などのイネ科や大豆などのマメ科植物の根で発見されている。大麦の場合、NAD(P)H-NR活性はNADH-NR活性の10 %程度に過ぎない。
亜硝酸イオンは亜硝酸還元酵素(NiR)によってアンモニウムイオンまで還元される。この還元反応は地上部において葉緑体で、地下部においてプラスチドで行われる。
環境から根へと取り込まれた窒素は導管によって地上部へと輸送される(長距離輸送)。硝酸イオンの一部は長距離輸送される前にアミノ酸にまで代謝される。したがって、導管中の形態は主にアミノ酸やアミド、または硝酸イオンである。アミノ酸への代謝に関わるグルタミン合成酵素を阻害すると長距離輸送は完全に阻害される。少数の植物種(インゲンやエンドウなど)には導管液にウレイドも含まれる。アンモニウムイオンはほとんど検出されない。実際の導管液の組成は植物種や硝酸イオンの吸収量で変化する。