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《生物固氮及其發(fā)展前景》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、生物固氮及其發(fā)展前景摘要：本論文主要介紹生物固氮概念、固氮微生物及其種類和生物固氮發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：生物固氮固氮微生物固氮生化機(jī)制生物固氮展望引言：生物固氮是一個(gè)具有重大理論意義和實(shí)用價(jià)值的生化過(guò)程。生物固氮反應(yīng)是一種及其溫和及零污染排放的生化反應(yīng)，它比人類發(fā)明的化學(xué)固氮存這無(wú)比的優(yōu)越性，因后者需要消耗大量的石油原料和特殊的催化劑，并須要在高溫（?300°C）、高壓（?300個(gè)大氣壓）下進(jìn)行。此外，若不合理地使用氮肥，還會(huì)降低農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，破壞土壤結(jié)構(gòu)和降低肥力，以及造成壞境污染（如湖泊的水華和海洋的赤潮）等惡果。我國(guó)在近半
2、個(gè)世紀(jì)當(dāng)中，化肥產(chǎn)景猛增近6000倍，其有害影響已不斷出現(xiàn)。因此，我們應(yīng)深刻認(rèn)識(shí)到，只存深入研宄、開發(fā)和利用固氮微生物，才能更好的發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和達(dá)到土地可持續(xù)利用的戰(zhàn)略目標(biāo)。如果把光合作用旱作是地球上最重要的生化反應(yīng)，則生物固氮作用便是地球上僅次于光合作用的生物化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)樗鼮檎麄€(gè)生物圈中一切生物的生存和繁榮發(fā)展提供了不可或缺和可持續(xù)供應(yīng)的還原態(tài)氮化物的源泉。內(nèi)容：1.生物固氮定義：指大氣中的分子氮通過(guò)微生物固氮酶的催化而還原成氨的過(guò)程，生物界中只有原核生物才具有固氮能力。2.固氮微生物的種類2.1自生固氮2.1.1好氧：
3、化能異養(yǎng)、化能自養(yǎng)、光能自養(yǎng)2.1.2兼性厭氧：化能異養(yǎng)、光能異樣2.1.3厭氧：化能異養(yǎng)、光能自養(yǎng)2.2共生固氮菌2.2.1根瘤：豆科植物、非豆科被子植物2.2.2植物：地衣、滿江紅2.3聯(lián)合固氮菌2.3.1根際（熱帶、溫帶）2.3.2葉面2.3.3動(dòng)物腸道2.固氮的生化機(jī)制3.1生物固氮反應(yīng)的6要素3.1.1ATP的供應(yīng)巾于N^N分子中存在3個(gè)共價(jià)鍵，故要把這種極端的分子打開就得花費(fèi)巨大能量。固氮過(guò)程中把N2還原成2NH3時(shí)消耗的大景ATP（N2:ATP=k（18?24）是由呼吸、厭氧呼吸、發(fā)酵或光合磷酸化作用提供的。3
4、.1.2還原力［H］及其傳遞載體固氮反應(yīng)中所需大量的還原力（N2:［Hl=l:8）必須以NAD（P）H+H+的形成提供。［H］由低電勢(shì)的電子載體鐵氧還蛋白（edoxin,一種硫鐵蛋白）或黃素氧還蛋白（F1d，一種黃素蛋白）傳遞至固氮酶上3.1.3固氮酶固氮酶是一種復(fù)合蛋白，由固二氮酶還原酶兩種相互分離的蛋白構(gòu)成，它們對(duì)氧都高度敏感。固二氮酶是一種含鐵和鉬的蛋白，鐵和鉬組成一個(gè)稱為“FeM0C0”的輔助因子，它是還原N2的活性中心。而固二氮酶還原酶則是只含鐵的蛋白。某些固氮菌處于不同生長(zhǎng)條件下時(shí)，還可合成其他不含鉬的固氮酶，稱
5、為“替補(bǔ)固氮酶”，具有適應(yīng)極度缺鉬環(huán)境下還能正常進(jìn)行牛/物固氮的功能3.1.4還原底物N2.3.1.5鎂離子3.1.6嚴(yán)格的厭氧微環(huán)境。3.2測(cè)定固氮酶活力的乙炔還原法測(cè)定固氮酶活力的經(jīng)典方法曾有過(guò)粗放的微景氏定氮法和煩瑣的同位素法等。1996年，M.J.Dilworth和R.Scholhorn等人分別發(fā)表了既靈敏又簡(jiǎn)單的利用氣相色譜儀測(cè)定固氮酶活性的乙炔還原法，大大推動(dòng)了固氮生化的研究。已知固氮生化除了能催化N2—NH3的反應(yīng)，還可能催化許多反應(yīng)，包括2H++2e-—H2和C2H2—C2H4等反應(yīng)，在后一反應(yīng)中，這兩種氣體
6、量的微小變化也能用氣相色譜儀檢測(cè)出來(lái)。測(cè)定時(shí)，只要把帶測(cè)測(cè)細(xì)菌制成懸浮液，放在含有10%C2H2空氣（對(duì)好氧菌）或C2H2的氮?dú)猓▽?duì)厭氧菌）的密閉容器中，經(jīng)適當(dāng)培養(yǎng)后，按不同時(shí)間用針筒抽取少量的氣體至氣相色譜儀測(cè)定，即可獲得是否固氮及固氮強(qiáng)度等準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。由于乙炔還原法的靈敏高度、設(shè)備較簡(jiǎn)單、成本低廉和操作方便，故很快成為任何研宄固氮實(shí)驗(yàn)室中的常規(guī)方法。3.3固氮的生化途徑H前所知道的生物固氮的總反應(yīng)是:N2+8［H］+16?24ATP->2NH3+H2+16?24ADP+16?24Pi整個(gè)固氮過(guò)程主要經(jīng)歷以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：①由F
7、d或Fid向氧化型二氮酶還原酶的鐵原子提供一個(gè)電子，使其還原；②還原型的固二氮酶還原酶與ATP-Mg結(jié)合，改變丫構(gòu)象；③固二氮酶在“FeMoCo”的Mo位點(diǎn)上與分子氮結(jié)合，并與固二氮酶還原酶-Mg-ATP復(fù)合物反應(yīng)，形成了一個(gè)1:1復(fù)合物，即完整的固氮酶；④在固氮酶分子上，有一個(gè)電子從固氮酶還原酶-Mg-ATP復(fù)合物轉(zhuǎn)移到固氮酶的鐵原子上，這時(shí)固氮酶還原酶重新轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘧B(tài)，同時(shí)ATP也就水解成ADP+Pi;⑤通過(guò)上述過(guò)程連續(xù)6次（用打點(diǎn)子的箭頭表示）的運(yùn)轉(zhuǎn)，才可使固二氮酶釋放2個(gè)NH3分子；⑥還原一個(gè)N2分子，理論上僅需6個(gè)
8、電子，而實(shí)際測(cè)定卻需8個(gè)電子，其中2個(gè)消耗在產(chǎn)H2必須強(qiáng)調(diào)指出的是，上述一切生化反應(yīng)都必須受活細(xì)胞中各種“氧障”的嚴(yán)密保護(hù)，以保證固氮酶免受失活。3.4固氮酶的產(chǎn)氫反應(yīng)固氮酶除能催化N2->NH3夕卜，還具有催化2H++2e-一H2反應(yīng)的氫化酶的活性。當(dāng)固氮菌在缺N2環(huán)境下，也只是把75%
