Nitrogenfiksering
Nitrogenfiksering , eller nitrogenfiksering , - fiksering af molekylært atmosfærisk nitrogen , diazotrofi . Processen med at genoprette nitrogenmolekylet og inkludere det i sammensætningen af dets biomasse af prokaryote mikroorganismer . Den vigtigste kilde til nitrogen i det biologiske kredsløb. I terrestriske økosystemer er nitrogenfiksere hovedsageligt lokaliseret i jorden .
Biokemi
Atomerne i nitrogenmolekylet er bundet af en stærk tredobbelt kovalent binding , hvorfor det praktisk talt ikke indgår i oxidations-reduktionsreaktioner under normale forhold uden brug af katalysatorer og ikke kan bruges af planter og dyr. Mikroorganismer bruger en hel række enzymer til at genoprette nitrogen ( ferredoxin , hydrogenase ), hvoraf den vigtigste er nitrogenase . De såkaldte nif-gener, som er udbredt i prokaryoter (inklusive arkæbakterier ), men ikke findes i eukaryoter , er ansvarlige for dets syntese . Processen med nitrogenfiksering er ret energikrævende, for assimilering af 1 molekyle nitrogen kræves der mindst 12 molekyler ATP , det vil sige for at bruge 1 mg nitrogen kræver anaerobe mikroorganismer omkring 500 mg saccharose .
Iltbeskyttelse
Nitrogenase er blokeret af molekylært oxygen , så nitrogenfiksering er primært en anaerob proces. Imidlertid har en række aerobe bakterier udviklet mekanismer til at beskytte nitrogenase mod at blokere:
- Mekanismen for øget respiration. Azotobacter chroococcum oxiderer under nitrogenfiksering en del af det organiske stof uden at lagre den frigivne energi, men kun ved at fjerne ilt.
- Mekanismen for lokalisering af nitrogenfiksering i heterocyster er karakteristisk for cyanobakterier , der er i stand til fotosyntese med frigivelse af ilt. For at beskytte nitrogenase mod ilt har de specielle celler uden klorofyl - heterocyster. Nogle cyanobakterier, der ikke danner heterocyster , er også i stand til nitrogenfiksering. Den filamentøse cyanobakterie Plectonema boryanum fikserer nitrogen under mikroaerobe forhold (1,5 % iltindhold i mørke og 0,5 % ilt i lyset), filamentøse cyanobakterier Symploca og Lyngbya majuscula , samt encellede cyanobakterier af slægterne Gloeothece kan fikseres og cyanobakterier . i mangel af belysning.
- Den symbiotiske forsvarsmekanisme er karakteristisk for knudebakterier . Rødderne af bælgfrugter producerer legoglobin , som fungerer som en beskyttelse mod overskydende ilt.
Økologiske aspekter af nitrogenfiksering
Der er tre typer nitrogenfiksering:
- Fritlevende bakterier af en bred vifte af taksonomiske grupper.
- Associativ nitrogenfiksering af bakterier, der er i tæt forbindelse med planter (i rodzonen eller på overfladen af blade) og bruger deres (plante)sekreter (rodsekreter står for op til 30 % af fotosynteseproduktionen) som kilde til organisk stof . Nitrogenfiksere lever i tarmene hos mange dyr. (drøvtyggere, gnavere, termitter) og mennesker (slægten Escherichia ).
- Symbiotisk. Den bedst kendte er symbiosen af knudebakterier (familien Rhizobiaceae ) med bælgplanter . Rodinfektion forekommer normalt, men planter har været kendt for at danne knuder på stængler og blade.
Skabt bakteriegødning (for eksempel nitragin ) til podning (infektion) med stammer af knudebakterier af frø af bælgfrugter, hvilket øger deres udbytte. For at stimulere processerne med nitrogenfiksering er det også nyttigt at indføre små "startdoser" af nitrogengødning i jorden, mens deres store doser undertrykker processen.
Studiehistorie
De første diazotrofe bakterier blev isoleret af S. N. Vinogradsky i 1898 og opkaldt Clostridium pasterianum efter Louis Pasteur . I 1901 isolerede Beijerinck den første aerobe nitrogenfikser , Azotobacter chroococcum . S. P. Kostychev i 1926, ved at bruge eksemplet med Azotobacter og tobaksplanter, viste eksistensen af associativ nitrogenfiksering.
Se også
Litteratur
- Umarov M. M., Kurakov A. V., Stepanov A. L. Mikrobiologisk omdannelse af nitrogen i jord. — M.: GEOS, 2007. ISBN 5-89118-315-7
Links
 Ordbøger og encyklopædier | |
|---|---|
| I bibliografiske kataloger |
|