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生物固氮作用及影响效率因素有哪些?

亿发彩票有限公司   2018-10-14 21:40:00 作者:hnmjsw

生物固氮作用:

是指大气中的分子态氮在微生物(固氮生物)体内由固氮酶催化还原为氨的过程。是土壤氮素的重要来源之一。按固氮微生物的特性和它们与其他生物的关系,一般分为共生固氮、自生固氮和联合固氮三种类型。共生固氮主要指豆科植物-根瘤菌体系,其他还有非豆科植物-放线菌固氮体系以及萍-蓝固氮体系。自生固氮指不需要同其他生物共生就能独立进行固氮的一类微生物,如固氮细菌和固氮蓝藻,包括自生自养固氮作用和自生异养固氮作用。联合固氮体系是由有固氮能力的细菌集聚于植物的根系周围甚至部分进入根细胞,细菌利用根系分泌物,植物利用细菌固定氮素,形成一个比共生固氮松散的联合体,在玉米、甘蔗、小麦、水稻、高粱上都已确认联合固氮体系的存在。生物固氮作用在中性或微碱性环境中能顺利进行,磷肥对共生固氮有促进作用。共生固氮作用最为重要,自生固氮作用一般不强。


催化机理:

在固氮过程中,由呼吸作用、发酵光合作用过程中产生的电子和质子首先还原NAD或NADP成为NADH或NADpH,由还原态的NADH或NADpH还原Fd或Fld,再还原固氮酶组分Ⅱ即铁蛋白,由还原态的铁蛋白还原固氮酶组分Ⅰ即MoFe蛋白,还原态的MoFe蛋白还原N2和其他各种底物。固氮酶合成、催化和酶活性调控的分子生物学研究已经相当深入,固氮酶合成的各个基因结构及其功能已大多清楚。固氮酶nif基因簇表达在有氧和高浓度有效氮素因素下的调控机理也已阐明。

影响效率因素

(1)氧对固氮酶的影响

固氮酶对氧气敏感,从好氧固氮菌体内分离的固氮酶,一遇氧就发生不可逆性失活。固氮酶对氧气敏感,从好氧固氮菌体内分离的固氮酶,一遇氧就发生了不可逆失活。好氧固氮菌生长需要氧,固氮却不需要氧。好氧固氮菌为了生长过程中同时固氮,它们在长期的进化中形成了保护固氮酶的防氧机制,使固氮作用正常进行。

(2)固氮作用中的氨效应

氨的固氮作用的产物,但氨的数量超过了固氮微生物机体本身的需要并迅速转换为氨基酸的能力较低时,积累的氨可阻遏体内固氮氨的生物合成。在缺乏NH4+的环境里,谷氨酰胺合成酶能与固氮启动基因组合,推动RNA聚合酶催化转录mRNA,合成固氮酶。但在有丰富NH4+的环境中,谷氨酰胺合成酶被腺苷化,构象发生变化,失去与固氮酶启动基因区结合的能力,导致固氮酶不能合成。因此在培养固氮菌时如加入铵盐,则固氮菌不进行固氮而依赖铵盐生长。

(3)ADP/ATP比率对固氮酶活性的调节

在Mg2+和ATP参与的情况下,固氮酶能催化N2为NH3,这是固氮酶活性不可缺少的成分和正效应剂。Mg·ATP的水解产物是Mg·ADP,但两者的作用完全相反,Mg·ADP是固氮酶的负效应剂,对固氮酶的产物还原活性部位起负的别构调节作用。它可以抑制从铁蛋白到钼铁蛋白的电子转移,并控制进入铁蛋白的电子总量,因而能有效地抑制固氮酶活性。因此细胞内ADP/ATP的比率可以调节固氮酶活性。 [2]

(4)环境中的C/N的影响

土壤中C/N是影响固氮作用的最重要的因素之一。化能异养型固氮微生物只有在环境中有丰富的有机碳化合物而同时又缺少化合态时才能进行有效固氮。如果环境中化合态氮十分丰富,固氮微生物利用现成的氮化物作氮源,而固氮酶被化合态氮抑制,不显示固氮活性。另外,非固微生物由于氮源丰富而易于发展,因此与固氮微生物竞争碳源。因此只有在C/N比很高的环境中,这类化能异养型固氮微生物才会发挥固氮作用。

转自百度百科