生物固氮及其发展前景
人工合成微生物固氮技术的研究现状
人工合成微生物固氮技术的研究现状随着人类社会的不断发展，人们对于农业生产和粮食安全的需求也日益增加。
其中，农作物的氮素需求量尤为关键。
于是，人们开始探究一种新的方法——微生物固氮技术。
微生物固氮技术是什么？微生物固氮技术是指利用一些可以独立生存的微生物，将氮态氮固定成大分子化合物，以提供农作物的氮素营养。
这一技术的核心是细菌通过转化生物大分子，将空气氮气转化为可供植物利用的氨态氮、亚硝酸态氮和硝酸态氮，从而达到提高作物产量的目的。
人工合成微生物固氮技术的研究现状当前，人工合成微生物固氮技术已经成为了固氮领域的一个重要研究方向。
国内外不少科研机构都在开展相关的研究工作。
首先就是在前沿科技领域——合成生物学领域，不断涌现着具有微生物固氮能力的新型生物。
例如，美国农业部2018年曾发表一篇论文介绍了一种新型的光合细菌——Rhodobacter sphaeroides，它在细菌界中具有很强的氮固定能力。
然而，这种细菌的分离和培养非常困难，因此，科学家们经过多年的探究，利用基因编辑技术和基因拼接技术，成功合成了带有Rhodobacter sphaeroides关键氮固定基因的新型微生物，从而形成了一项全新的微生物固氮技术。
其次，很多国内外大学都在开展微生物固氮的新型研究。
例如，中国农业大学生命科学学院的蒲龙教授团队一直在从事微生物固氮、根瘤菌与大豆互作等领域的研究。
他们也成功构建了一些新型的微生物固氮功能模块，并进行了一系列的检测和验证工作。
不仅如此，还有很多与微生物固氮技术相关的领域也在紧锣密鼓地开展着相关研究。
例如，一些光合细菌的应用研究、土壤微生物种群结构与功能变化的研究等等，都具备着推动微生物固氮技术实现更大突破的潜力。
微生物固氮技术的应用前景由于微生物固氮技术具有很高的氮转化效率、高附加值和环境友好度等优点，因此其在土地修复、农业生产等领域的应用可谓是无限广阔。
首先，微生物固氮技术能够辅助农业进行有机化生产。
生物固氮
大气中的N2
另一些细 菌的分解
生 物 固 氮 闪 电 固 氮 人 工 固 氮
土壤中的N
食 物 链 分 解 者
NH3
NO3−
生物体内的N
氮循环
NH3
2. 生物固氮在自然界氮循环中的重要作用。
据估算，每年生物固氮的总量占地球上 自然固氮总量的90％左右。可见，生物固氮 在地球的氮循环中具有十分重要的作用，而 且对维持生态系统平衡有重要意义。
（二）自生固氮微生物
• 在土壤中能够独立生存的固氮微生物。 • 大多为杆菌或短杆菌，单生或对生。 • 例如：圆褐固氮菌
应用：将圆褐固氮菌制成菌 剂，施到土壤中，可以提高 农作物产量。为什么？
①固氮，增加土壤中的N肥。 ②分泌生长素，促进植物的生长发育。
三、生物固氮的意义
1. 自然界氮循环过程。
生物固氮：40×107吨/年, 人造化肥： 8×107吨/年
1、氮元素对生物有何意义？
N是组成生物体的基本元素之一，
蛋白质、核酸、ATP等都含有N元素。
2、动植物体内氮元素的来源？
植物：从土壤吸收。 固氮微生物提供。 动物：通过捕食获得。
重点知识：
1．固氮微生物的种类； 2．生物固氮的意义。
生物固氮：是指固氮微生物将大气中的N2还原
为NH3的过程。
①减少化肥使用，降 低粮食的生产成本。
小结：
1．豆科植物形成根瘤的原因是（ C ） A．根瘤菌入侵根的结果 B. 根瘤菌固定N2的结果 C．根的薄壁细胞分裂的结果 D. 根内形成NH3的结果 2. 一般地说，固氮能力比较强的根瘤是着生在（ A ） A．主根上 B．侧根上 C. 须根上 D．不定根上 3．大气中的N2，经过固氮后形成的也合物中，哪一组化合物被植 物体吸收后直接可用于蛋白质的合成( C ) A．NH3和N03— B. NH4+和N02— C NH4+和NH3 D．N03—和N02— 4. 如图所示为生态系统中碳循环和氮循环的一部分， A、B、C三类微生物参与其中，下列说法错误的是 (D) A . A类细菌是自养需氧型，B类细菌是异养厌氧型 B．进行C过程的微生物，有的是自生的，有的是 共生的 C．A和C的活动可增加土壤肥力 D. B的活动导致土壤氮素丧失 5．利用无氮培养基可长期独立培养的是( B ) A. 硝化细菌 B．圆褐固氮菌 C. 根瘤菌 D. 酵母菌
生物固氮的研究进展及发展趋势
生物固氮的研究进展及发展趋势
生物固氮是一种自然界中重要的氮循环过程，其在农业和生态系统中具有重要的意义。
研究生物固氮的进展以及未来的发展趋势，对于提高农作物产量、节约化肥资源、增加土壤肥力以及保护环境都具有重大意义。
近年来，生物固氮的研究取得了一系列重要的进展。
首先，对于固氮微生物群落结构和功能的理解不断深化。
通过使用分子生物学技术，可以快速检测和鉴定土壤和根际中的固氮微生物，了解它们的多样性和分布情况。
此外，通过基因组学和转录组学等方法，可以深入研究固氮微生物的基因表达和代谢途径，进一步揭示其固氮机制。
其次，关于如何提高固氮效率的研究也取得了进展。
通过选择性培育具有高效固氮能力的微生物或植物品种，可以显著提高固氮效率。
同时，研究表明，与其他生物有机肥料和化学肥料的联合使用可以进一步提高固氮效率。
此外，通过调控固氮微生物与宿主植物的共生关系，可以提高植物对固氮微生物的利用效率。
在生物固氮的未来发展中，一方面，研究人员将继续深入探索固氮微生物的多样性和功能，通过开展元基因组学和功能基因组学研究，预期会发现更多新的固氮微生物。
另一方面，研究人员将努力开发新的技术和方法，以提高固氮效率。
例如，通过基因编辑和代谢工程等手段，改良固氮微生物的代谢途径和固氮酶的催化效率。
此外，研究人员还将关注固氮微生物与植物之间的信号交流和共生调控机制，以更好地控制和利用生物固氮过程。
综上所述，生物固氮研究取得了不少进展，并且未来的发展趋势也比较明确。
通过深入研究固氮微生物群落结构和功能，以及努力提高固氮效率，我们有望实现更加可持续和高效的氮肥利用，在农业生产和环境保护中发挥重要作用。
生物固氮技术在农业发展中的应用
生物固氮技术在农业发展中的应用生物固氮技术是一种利用生物体将空气中的氮气转化为可用氮源的技术。
氮素是植物生长和发育的关键元素，但是空气中的氮气不能被大部分植物直接利用，因此需要通过化学合成或者其他途径将氮转化为可用的形式，以提高农作物的产量和品质。
但是传统的氮肥使用存在很多问题，如氮肥的价格昂贵、对环境污染严重、对农作物生长的负面影响等。
与此相比，生物固氮技术则具有成本低、无污染、有利于土壤健康等优点，因此被越来越多的人关注和应用。
生物固氮技术主要通过利用植物与一些对氮气固定能力较强的微生物一起生长来实现。
这些微生物包括一些根瘤菌、蓝藻、细菌等。
这些微生物在植物根际中寄生，可以将空气中的氮气转化为氨等可用态氮，供植物吸收利用。
其中，根瘤菌通过与豆科植物的根系共生，形成根瘤，这些根瘤中包含有能够固定氮气的Rhizobia 细菌。
与此同时，细胞内的氮酸还能使植物形成更多的根系和分支，促进植物的生长发育。
这样一来，可以降低或者完全替代化学氮肥的使用，减轻了化学肥料对土壤的损伤和对环境的危害，保护了土壤和水资源的健康，同时还可以提高农作物的产量和品质。
实际上，生物固氮技术早在上世纪初就被人们开始重视和研究。
如今，生物固氮技术已经得到了广泛的应用。
在农业方面，生物固氮技术的应用已经涉及了农田、果园、蔬菜、林业等领域。
比如说，带毛豆和黑豆等豆科作物就被广泛地用于农业生产中。
在林业方面，还可以通过根瘤菌的共生来改良林木，提高林木的生长速度和质量。
这些应用不仅可以提高农作物的产量和品质，而且还可以保护土壤和水资源的健康。
此外，生物固氮技术还可以应用于城乡环境治理。
在城镇化进程中，城市化和工业化普遍存在着土地资源的大量占用和污染，而生物固氮可以改善土壤质地和结构，为环保提供多样化的可持续方案。
如广泛被作为生态环境治理手段的旱地固沙防护，就是通过林木的生长和根瘤菌的共生，使其能够在干燥贫瘠的地区生存，以此达到减轻土地沙化和土地退化等环境问题的治理。
固氮菌在农业生产中的应用
固氮菌在农业生产中的应用近年来，随着人们对环境保护和资源利用率的重视，农业生产中使用创新型生物技术成为了研究热点之一。
其中，固氮菌就是一种备受关注的生物技术。
固氮菌是一种可生长在根际土壤中的微生物，它具有固定空气中氮气的能力，将氮气转化成可以被植物吸收的氨基化合物，可与作物根系共生，为植物提供“肥料”。
在农业生产中，固氮菌的应用也越来越广泛。
下面，本文将从农业生产的角度来介绍固氮菌的应用及其优势。
一、固氮菌在作物种植中的应用作物需要吸收氮元素来生长，但自然界中大量的氮元素都是以氮气的形式存在，无法被植物直接吸收利用。
而通过固氮菌的作用，将氮气转化成氨基化合物后，可以被作物吸收利用，给植物提供充足的氮素营养。
因此，种植作物时，添加含固氮菌的肥料可以提高作物的产量和品质。
二、固氮菌在农作物生态环境中的作用在农作物生态环境中，固氮菌也有其独特的作用。
固氮菌通过与植物根系共生，形成根瘤，为植物提供氮素养分。
同时，它还可以抑制土壤中的有害细菌、真菌和线虫的生长，保持土壤生态环境的平衡和稳定。
因此，固氮菌可以促进农作物生态环境的生态平衡，并提高土地的持续利用价值。
三、相对于传统肥料的优越性相对于传统的氮肥肥料，使用固氮菌具有以下几个优势：1. 固氮菌是一种天然的生物肥料，不含任何化学成分，对环境无污染，对农作物的安全性和质量无影响。
2. 固氮菌具有提高肥料效果的作用，增强成本效益，减少生产成本。
3. 固氮菌可以提高土壤肥力，增强作物抗病性、抗逆性和适应性，提高农业生产的可持续性。
四、固氮菌在现代农业中的应用前景随着现代农业的不断发展，固氮菌的应用前景也越来越广阔。
固氮菌的应用可以提高农业生产效率和农业产品品质，同时对于环境保护也有着积极的作用。
因此，固氮菌将会在未来农业生产中发挥更加重要的作用，成为现代农业发展的重要推手。
总之，固氮菌是一种非常有潜力的生物技术，在农业生产中应用前景很广阔。
而我们也应该重新审视当下农业生产中化肥使用的问题，在合适的情况下，应该适当地使用固氮菌等生物肥料，更好地为农业生产贡献力量，也为环境保护做出自己应有的贡献。
固氮微生物肥料
标题：固氮微生物肥料的生产和应用现状及发展前景摘要：固氮微生物肥料可以增加作物的产量，在农业生产中具有重要的作用。
目前应用最多的主要是根瘤菌，生物固氮越来越受到重视，它将向更深更远的方向发展。
Abstract:Population can increase the plant’s output in agriculture has an important role. At present , the most applied largely root nodule truffles , and biological nitrogen fixation more attention , it will be more further developed.关键词：固氮微生物生物固氮生产根瘤菌应用研究方向Key words:Nitrogen-fixing microbial biological nitrogen fixation production application research direction 主题：固氮微生物肥料众所周知，农业生产长期过分依赖于化学肥料和农药，造成大量不可再生能源的浪费，农田土质变坏，肥力下降．农作物品质降低，食品和地下水等环境污染状况也日趋严最。
随着生态农业和绿色食品生产的兴起和发展，加之我国大多数土壤中速效磷、钾匣其它一些养分的缺乏，微生物肥料作为生物技术发展和农业生产的一类重要肥源以及它对农作物生长的多种功能和作用特点，再一次引起人们的重视，并得到一定的发展空间，目前已成为国内外研究的热点。
（1）固氮微生物肥料是利用自生固氮菌和联合固氮微生物生产的固氮菌类肥。
根据目前的资料表明，固氮生物都是原核生物，包括微生物中的某些细菌、放线菌和蓝细菌。
现在已发现固氮微生物多达60个以上的属，随着研究手段的不断提高，发现的固氮微生物种类会愈来愈多。
通过微生物的固氮作用增加土壤的氮含量并促进粮食增产的一种环境友好型生物肥料，相对于传统氮肥具有污染小，效率高等优势。
生物固氮技术的应用与前景
生物固氮技术的应用与前景生物固氮技术，是指利用某些微生物或植物，通过固氮作用将空气中的氮气转化为植物可利用的氨基氮而形成一种新型的农业技术。
在农业生产中，应用生物固氮技术可以有效地提高土壤肥力，促进作物的生长与发育，减少农民施肥成本，改善农业生态环境等，因此被广泛地应用于农业生产中，具有广阔的发展前景。
一、生物固氮技术的应用生物固氮技术的应用非常广泛，主要应用于三大领域，具体如下：1.农业领域生物固氮技术的运用，可以改善土壤肥力，增加农田的生物量，提高农产品的产量和品质。
通过种植草坪、绿肥、豆科作物等来增加土壤中的氨基氮含量，不仅可以提高作物的产量，同时也可以降低农民的施肥成本，减轻农民的负担，特别是对一些贫困地区的农民来说，生物固氮技术的应用意义更加重大。
2.环境保护领域生物固氮技术的应用还可以改善环境。
农业生产中过度使用化肥，会导致土地肥力下降，同时化肥还会污染地下水，污染环境。
利用生物固氮技术来提高土地肥力，可以有效地减少化肥的使用量，从而降低化肥对环境的污染。
3.生态修复领域利用生物固氮技术进行退化土地的修复，可以恢复土地的肥力，提高土地的西质，使得荒地成为有生命力的耕地。
同时，种植豆科作物还可以增加土壤有机质和微生物数量，改善土壤生态环境。
二、生物固氮技术的前景生物固氮技术在未来的发展中，将会有以下几个方面的发展趋势：1. 应用广泛程度还会进一步提升。
生物固氮技术虽然已经得到了广泛运用，但是在很多地区，尤其是发展中国家农村地区，生物固氮技术还没有得到充分的应用。
未来，生物固氮技术的应用范围还会进一步扩大。
2.技术手段不断创新。
生物固氮技术目前已经在很多方面取得了显著进展，但是目前仍存在着一些技术的不足之处。
未来，生物固氮技术的研究人员将继续创新技术，提高技术的精度、高效性和环境友好性。
3.绿色农业的快速发展。
随着人们对于环境污染和食品安全的重视，绿色农业的快速发展，成为未来农业发展的重要趋势。
生物固氮
将固氮细菌体内的固氮基因转移到非豆科粮食作物的细 胞内，在固氮基因的调控下，让非豆科粮食作物的细胞内合 成出固氮酶并且固氮，这是解决非豆科粮食作物自行固氮的 一条重要途径，这一途径叫做固氮基因工程。
固氮酶的转基因过程：
如果小麦、水稻等非豆科植物也能自行固氮，将给人类带来 哪些方面的好处？ ①减少施用氮肥，降低粮食成本 ②减少氮肥生产，有利节省能源 ③避免过量施用氮肥造成水体富营养化
• D.含有机物培养基、含氮培养基
共生固氮微生物和自生固氮微生物的差别
共生固氮 微生物
自生固氮 微生物
常见 与豆科植 类型 物关系
根瘤菌 共生有 专一性
圆褐固 无 氮菌
代谢类 固氮
型
产物
异养需 氧型
氨
异养需 氨 氧型
对植物 固氮量 的作用 提供氮素 大
提供氮素 小 和生长素
总结：1、固氮微生物细胞类型： 原核单细胞
高考考点：
1、生物固氮 2、固氮微生物的种类
3、生物固氮的意义 4、生物固氮在农业生产中的应用
5、生物固氮研究的前景
知识回顾：
氮元素 ： 大，必，矿，再
含氮的主要化合物
蛋白质（包括酶、抗体、载体等）
核酸
ATP、NADPH
有些脂质（如卵磷脂、脑磷脂等）
多种激素（如胰岛素、生长激素等）
叶绿素
吲哚乙酸
糖有吗？ 所有的酶都有吗？
豌豆根瘤
大豆根瘤
思考
根瘤是根瘤菌集合体？
根瘤是根内薄壁细胞增殖膨大而成，而根瘤菌是导致根 内薄壁细胞增殖的因素
根瘤的作用 1.为该豆科植物提供氮素
2.破溃后可增加土壤肥力
根瘤菌进入土壤仍能存活，但失去固氮能力
固氮菌的生产应用现状及研究方向[整理]
![固氮菌的生产应用现状及研究方向[整理]](https://img.taocdn.com/s3/m/03c94d79b94ae45c3b3567ec102de2bd9605dea4.png)
固氮菌的生产应用现状及研究方向前言：固氮菌可以增加作物的产量，在农业生产中具有重要的作用。
目前应用最多的主要是根瘤菌，生物固氮越来越受到重视，它将向更深更远的方向发展。
population can increase the plant's output in agriculture has an important role. at present, the most applied largely root nodule truffles, and biological nitrogen fixation more attention, it will more further developed.引言：固氮作用是将空气中的氮气固定成氨。
人类与许多其它生物一样需要氮素作为合成蛋白质的原料，但不能自我合成有机氮。
虽然空气中有78%是氮气，但是绝大多数生物不能直接利用空气中的氮气。
关键词：固氮菌生产根瘤菌应用研究方向这里所说的固氮菌类肥料是指以自生固氮和联合固氮微生物菌生产出来的固氮菌类肥料生产中以联合固氮菌肥为。
这是由于联合固氮体系存在广泛，特异性不强，应用的范围；它的不足之处是作物与微生物只是松散的联合，它们之间没有形成共生的组织结构，因此固氮的活动容易受许多条件的制约。
例如，环境中速效氮含量高时，固氮活动受到抑制，有些芽胞细菌在有氧情况下常常停止1应用基础此类微生物肥料在生产实践中应用不少，其原因是除了它们能固定一定量的氮以外，这些微生物当中的许多菌株在生长繁殖过程中，它们能够产生多种植物激素类物质，促进作物生长。
2目前，用于生产此类微生物肥料的菌种主要有：园褐固氮菌或称为褐球固氮菌(Azotobacter chroococum)；棕色固氮菌亦称维涅兰德固氮菌(Azotobacter chroococum)；德氏拜叶林克氏固氮菌(Beijerinckia derxii)和克氏杆菌属(Klebsiella spp.)、肠道杆菌属(Enterobacter spp.)及产碱菌属(Alcaligenes spp.)中的某些菌种。
生物固氮技术在农业中的应用
生物固氮技术在农业中的应用生物固氮技术是一种将大气中的氮气转化为可以被植物利用的形式，从而提高土壤肥力和植物生长的技术。
随着人们对可持续农业的需求不断增加，生物固氮技术在农业中的应用逐渐受到关注。
一、生物固氮技术的原理和分类生物固氮技术是利用微生物将大气中的氮气转化为植物可吸收的氨态氮或硝态氮。
微生物通常是一些氮固氮菌，它们生长在植物根际或者土壤中，利用大气中的氮气进行固氮作用。
生物固氮技术可分为天然固氮和人工固氮两大类。
天然固氮包括在细菌和植物之间的固氮共生关系、植物对土壤中自由氮固氮菌的利用等，而人工固氮主要指的是利用人工手段增加土壤内氮固氮菌的数量或者引入天然的氮固氮菌来提高农业产量。
二、生物固氮技术在农业中的应用1.作物肥料作为农业生产的重要组成部分，肥料不仅关系到农产品的质量和产量，而且直接影响着生态环境的保护和持续发展。
生物固氮技术的应用使得农民们可以通过人工手段引入氮固氮菌，使土壤中的氮素供应增加并保持长期的肥力，从而提高作物的净产量和品质。
2.增加农产品产值在农业生产中，生物固氮技术的应用可以修改作物生产的方案，使得农作物在吸收氮素的同时，也吸收相应的固定内部铁、锌、硒等成分，增加对营养的吸收和吸附，从而使农产品产值水平相应提高。
3.调节土壤酸碱度生物固氮技术的应用还可以通过微生物的酶作用来调节土壤酸碱度，以及促进土壤中微生物的丰富性，使得细菌、真菌、放线菌和蓝细菌等微生物生态系统的平衡，减轻土壤的酸化和盐化的现象，保持土壤的生命力，延长土壤的使用寿命。
4.减轻化肥使用随着生物固氮技术的应用，农产品的净产量和品质显著提高，化肥使用的量也随之减少。
由于生物固氮技术可以转换大气中的氮气，从而提高土壤的肥力。
因此，在实际应用过程中，可以逐渐减少化肥的用量，减少对环境的影响，节约生产成本。
三、生物固氮技术应用的前景生物固氮技术是农业生产的重要组成部分，其应用前景十分广阔。
在当前的农业科技发展环境下，生物固氮技术正在得到更广泛的应用。
生物固氮能力
生物固氮能力生物固氮能力是指某些微生物或植物能够将大气中的氮气固定成氨或其他化合物的能力。
固氮是生态系统中氮循环的一个重要环节，也是植物生长发育的关键过程。
在自然界中，有许多细菌、蓝藻和高等植物都具有固氮能力，它们通过固氮作用将空气中的氮气转化为植物可利用的形式，促进植物的生长，并维持生态系统的平衡。
固氮是一种耗能的化学反应过程，通常需要一定的能量供给。
在细菌和蓝藻中，固氮能力主要通过氮酶来实现，这是一种能够将氮气还原成氨的酶。
氮酶通常需要铁和钼等微量元素的辅助，并且在低氧条件下活性最高。
在高等植物中，大部分植物不能直接固氮，但有一些植物如豆科植物和莴苣科植物等能够与一些固氮细菌共生，通过根瘤中的固氮细菌来实现氮素的固定。
固氮能力的研究在生物学、农业和生态学等领域具有重要意义。
固氮细菌对于农业生产也具有一定的帮助，通过与这些细菌的共生或者固氮化肥等方式，可以减少对化肥的依赖，降低农业生产的成本，减少对环境的污染。
同时，固氮能力也能够促进土壤中的氮素循环，提高土壤中氮素的利用效率，有利于植物的生长发育。
固氮能力的研究还有助于揭示生物间的共生关系和生态系统的运作机制。
例如，豆科植物与固氮细菌的共生关系，是一种经典的共生关系，通过这种共生方式，豆科植物能够获取固氮细菌固氮的产物，而固氮细菌则获得适宜的生长环境和营养物质。
这种共生关系有助于增加生物多样性，维持生态系统的平衡。
在现代农业生产中，固氮能力的应用也日益受到重视。
传统的氮肥施用方式会导致氮素的流失和土壤污染，而通过引入固氮细菌等方式，可以实现氮素的高效利用，降低农业对化肥的依赖，减少环境污染。
因此，固氮能力在可持续农业生产中具有潜在的应用前景。
除了在农业领域，固氮能力的研究对于了解生态系统中氮循环的机制也具有重要意义。
氮素是植物生长发育的关键元素之一，影响着植物的生长速率和产量。
固氮能力可以帮助植物获取充足的氮素，促进植物的生长，从而维持生态系统的平衡。
生物固氮的研究进展
生物固氮的研究进展一、本文概述生物固氮，指的是生物体（特别是某些微生物）在无氧或低氧条件下，将大气中的氮气（N₂）转化为氨（NH₃）或其他含氮化合物的过程。
这一过程对于全球氮循环和生物圈的氮素供应具有至关重要的作用。
本文旨在概述生物固氮的研究进展，包括固氮微生物的种类与特性、固氮机制、固氮效率的提高方法，以及生物固氮在农业、环保和工业生产等领域的应用前景。
我们将重点介绍近年来在分子生物学、基因工程和生物技术等方面的新发现和新进展，以期为推动生物固氮的深入研究和实际应用提供参考。
二、生物固氮的微生物学基础生物固氮，又称生物氮固定，是指某些微生物在常温常压下，将大气中的氮气（N₂）转化为氨（NH₃）或其它含氮化合物的过程。
这一生物过程在地球氮循环中起着至关重要的作用，为许多生态系统和农作物提供了必要的氮源。
生物固氮的微生物主要包括两大类：自生固氮菌和共生固氮菌。
自生固氮菌，如圆褐固氮菌，能够在无植物存在的情况下独立进行固氮作用。
而共生固氮菌，如根瘤菌，必须与植物形成共生关系，在植物根部形成根瘤结构，才能有效固氮。
固氮过程的核心是固氮酶的作用。
固氮酶是一种由铁蛋白和钼铁蛋白组成的复合酶，能够在ATP的供能下，将N₂还原为NH₃。
这一过程中，铁蛋白起到传递电子的作用，而钼铁蛋白则是固氮反应的催化中心。
固氮微生物具有独特的生理生态特性，以适应其在各种环境条件下的固氮生活。
例如，它们能够分泌多种胞外酶，分解有机物质以获取能量和营养；同时，它们还能够形成特殊的细胞结构，如根瘤，以提高固氮效率。
固氮效率受到多种因素的影响，包括环境因素（如温度、湿度、光照等）、土壤条件（如pH值、有机质含量等）以及微生物自身的遗传特性。
因此，在农业生产中，通过调控这些因素，可以有效提高生物固氮的效率和效果。
随着分子生物学和基因工程技术的快速发展，对固氮微生物的遗传机制和固氮酶的作用机制有了更深入的了解。
这为通过基因工程手段改良固氮微生物、提高其固氮效率提供了可能。
生物固氮作用
➢生物固氮(biological nitrogen fixation)是指大气中的分 子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程。 ➢生物固氮优点：成本低； 固氮量大； 有利于生态环境保护。
二、固氮微生物概念
➢固氮微生物(nitrogen-fixing organisms, diazotrophs)主 要是指具有固氮功能的细菌，还包括有固氮功能的蓝 藻和放线菌。 ➢固氮微生物的类型 自生固氮微生物 共生固氮微生物 联合固氮微生物
自生固氮
共生固氮
联合固氮
固氮微生物的三种固氮方式
三、生物固氮作用的机理
N2＋8e－＋8H＋＋ 28ATP
固氮酶
厌氧
NH3＋H2＋28ADP＋ 28Pi
（一）固氮酶的特性：
组分:Ⅰ— 钼铁蛋白，其中钼原子构成酶活中心， 传递电子和质子；
Ⅱ— 铁蛋白。 只有铁蛋白和钼铁蛋白的同时存在，固氮 酶才具有固氮的作用。
四、生物固氮作用的意义
➢ 促进氮循环 ➢ 增加土壤的含氮量 ➢ 有利于农作物增产
五、生物固氮的研究前景
➢ 提高固氮效率； ➢ 将固氮基因进行转移，扩大固氮作物的范围； ➢ 用遗传工程培育不依赖固氮微生物的自主固氮
的子N2为2NH3，共需28个ATP。 ATP来源：呼吸、厌氧呼吸、发酵或光合磷
酸化。
（三）所需电子及来源：
还原1分子N2为2NH3，共需8个电子。
电子来源： 1.呼吸、发酵或光合作用形成的还原力：如 NAD(P)＋H＋、H2、丙酮酸，这类电子供体 提供的电子须由电子载体携带。 2.非生理性电子供体：是一类强还原性的化学 物质，如连二亚硫酸钠。
生物固氮的原理意义及应用
生物固氮的原理意义及应用1. 引言生物固氮是一种利用生物体中特定微生物（固氮菌）将大气中的氮气转化为植物可利用的形式的生物化学过程。
生物固氮在自然界中起着至关重要的作用，对于维持生态系统的氮循环和持续的农业生产具有重要意义。
2. 生物固氮的原理生物固氮的原理是通过固氮菌中的一种酶，即氮酶，将氮气转化为氨。
这个过程主要发生在植物的根瘤或土壤中的固氮菌体内。
氮气通过植物根系进入根瘤或土壤中的固氮菌，然后酶催化将氮气转化为氨，再由植物根瘤中的植物吸收利用。
3. 生物固氮的意义•维持生态系统的氮循环：氮是生物体中必需的元素之一，对于维持生态系统中的生物多样性和生物量具有关键作用。
通过生物固氮，将大气中的氮转化为植物可利用的形式，进而通过食物链传递给其他生物，维持了生态系统中的氮循环。
•提供植物可利用的氮源：固氮菌通过将氮气转化为氨，为植物提供了植物可利用的氮源。
氮是植物生长发育的关键营养元素之一，通过固氮，植物能够获得足够的氮源，促进生长和产量的提高。
•减少对化肥的依赖：生物固氮可以降低对化学肥料的需求。
化学肥料的生产和使用往往伴随着能源消耗、土壤污染和生态系统破坏等问题。
通过利用固氮菌固氮，可以减少化肥的使用量，降低对化肥的依赖性，对环境保护和可持续农业具有重要意义。
4. 生物固氮的应用生物固氮在农业生产、生态修复和环境保护等方面有广泛的应用。
以下列举几个常见的应用领域：4.1 农业生产生物固氮可以促进农作物的生长和产量提高，减少对化学肥料的依赖。
一些作物可以与固氮菌共生，形成根瘤，通过固氮菌固氮来增加土壤氮素含量，提高作物产量。
此外，一些固氮作物如豆科植物也可以种植在农田中，起到增加土壤氮素含量的作用。
4.2 生态修复固氮菌可以在环境中固定氮气，促进土壤中氮素的循环，对于恢复受污染土壤的生态功能具有重要作用。
通过引入固氮菌，可以增加土壤肥力，促进土壤结构改良，加速污染物的降解，实现土壤的生态修复。
4.3 环境保护生物固氮可以减少农业过程中化肥的使用量，降低对水体和土壤的污染。
微生物固氮及其在环境保护中的应用
微生物固氮及其在环境保护中的应用随着人口和社会经济的不断发展，生态环境已成为当今社会的一个重要议题。
在这个过程中，微生物固氮技术被广泛应用。
在本文中，我们将探讨微生物固氮的原理和应用，以及它在环境保护方面的作用。
微生物固氮的原理微生物固氮是指一种化学反应，即将氮气(N2)转化为植物可利用的氨氮(NH3)，从而提高土壤中的氮含量。
微生物固氮通过一些特定的细菌和真菌来完成，如根瘤菌、蓝细菌和变形菌等。
根瘤菌是一种可以在一些植物的根部形成根瘤的细菌。
当植物需要氮时，根瘤菌会从土壤中吸收氮气，并将其转换成植物可吸收的氮化合物。
根瘤菌与植物根部的共生关系为一种双赢的关系：植物可以获得氮，而根瘤菌可以获得营养。
蓝细菌是一类对氮气有固氮活性的菌类。
它们通常生长在土壤表面，以及湖泊和河流中。
一些蓝细菌能够形成类似根瘤的结构，并将氮气固定在这些结构中，以供后续的植物吸收。
另外，一些蓝细菌还可以直接生长在植物的表面，形成一种共生关系。
变形菌是一类可以利用无机氮来合成有机化合物的细菌。
这些细菌具有一种特殊的酶，称为亚硝酸还原酶，它可以将亚硝酸还原为氨氮。
变形菌通常生活在水和土壤中。
微生物固氮的应用微生物固氮广泛应用于农业、生态学和环境保护中。
在这些领域中，微生物固氮可以提高土壤中的氮含量，促进植物生长，减少化肥的使用，从而降低农业生产的成本。
此外，微生物固氮还可以用于森林恢复和生态修复。
在一些石漠化和荒漠化地区，微生物固氮可以帮助无法存活的植物重新根植于这片土地上。
微生物固氮还能够用于防治土壤侵蚀和改善土地的水分保持能力。
微生物固氮在环境保护中的作用除了在农业和生态学中的应用，微生物固氮也可以用于环境保护。
固氮细菌可以在污染的土壤中生长，并对其中的污染物进行处理。
通过降低空气中的氮含量，微生物固氮可以减少温室气体的排放，有助于缓解全球气候变化的影响。
此外，研究表明，对于沙漠化正在加剧的地区，微生物固氮可以制约土地的贫瘠化进程，促进植物的生长和氮素供应。
生物固氮及其在土壤改良中的应用
生物固氮及其在土壤改良中的应用氮是植物生长必需的元素之一，而土壤是氮的主要来源之一。
然而，土壤中的氮却存在着循环不畅、损失较多的问题，导致土壤质量下降，给植物生长带来了一定的限制，在农业生产中成为一大难题。
而生物固氮有望成为解决土壤氮素问题的有效手段之一。
一、生物固氮的概念和过程生物固氮是指通过某些特定的微生物通过代谢作用将氮气转化为植物可利用的氨态氮，以满足植物生长所需。
生物固氮的过程主要有两种，一种是腐生固氮，指的是通过分解有机物质释放的氮气转化为氨态氮；另一种是共生固氮，指的是微生物和植物之间的共生关系中，微生物通过转化空气中的氮气为植物提供氨态氮，而植物也为微生物提供生存所需的营养和生境条件，两者共生互利。
二、生物固氮在土壤改良中的应用1. 降低化肥使用量现代农业中广泛使用的化肥中含有大量的氮素元素，而大量的氮素元素在土壤中不断循环，其中一部分被植物吸收利用，但大部分则流失或转化为更为有害的氧化亚氮、亚硝酸等物质，影响了土壤的健康和植物的生长。
而生物固氮可以降低植物对化肥的依赖，减少化肥的使用量，从而保护土壤环境和水资源。
2. 提高土壤质量生物固氮能够提高土壤中的氮含量，增加土壤肥力，改善土壤质量，从而促进植物的生长。
此外，生物固氮还可以提高土壤中微生物的数量和种类，增加土壤中的生物多样性。
3. 推动农业可持续发展生物固氮的应用不仅可以提高土壤质量，减少化肥使用量，还有利于推动农业的可持续发展。
通过大规模实践，发现生物固氮不仅可以增加作物产量，并且可以减少生产成本，提高农业效益，推动农业产业升级和可持续发展。
三、生物固氮技术的发展和前景随着生物科技的不断发展和应用，生物固氮技术也得到了快速发展和应用。
新技术的开发和推广，使得生物固氮的效率和应用范围得到了不断拓展。
例如，通过模拟微生物固氮的过程，人工制造了固氮微生物的活性固氮菌剂，这种固氮剂能够直接应用到土壤中，有效提高土壤中氮的含量，并且能够抵制一些致病菌的侵袭。
生物固氮
生物固氮反还原力【H】及其传递载体 •3、固氮酶 •4、还原底物---氮气 •5、镁离子
•6、严格的厌氧环境
一、 固N酶的特性
A.组分
Ⅰ——称为固氮酶，由2大2小共四个亚基组成， 含铁原子和钼原子，为钼铁蛋白，铁和钼组成 一个称为“FeMoCo”的辅因子，是还原氮气的 活性中心 Ⅱ——称作固氮酶还原酶，由2个大小相同的 亚基构成，只含铁原子为铁蛋白，其功能是传 递电子到组分Ⅰ上
（1）ATP的来源 ①好气性固N微生物——氧化磷酸化（底物水平， 电子传递磷酸化） ②厌气性固N微生物——底物水平磷酸化 ③光合固N微生物——光合磷酸化
二、固N酶催化反应的条件
电子：还原1分子N2为2NH3，共需8个电子，其 中6个用于N2的还原，2个电子用于H+的还原。
（2）电子的来源：由电子供体提供
由于过量的化合态N的存在影响固氮酶的活性或者由于固N产物 NH3的累积，抑制固N酶的生物合成，使固N作用中断的现象。
机理
大量的铵盐损坏细胞膜，影响电子向固N酶的转移；由于谷 氨酰胺合成酶受到高浓度各种氨基酸的反馈抑制，使该酶 负责调控固N酶合成基因的遗传密码的能力受抑制，从而造 成固N酶基因转录中止，固N作用中断。
处才能进行固氮的微生物。
联合固N菌不同于典型的共生固氮菌，不形成根瘤
等特殊结构；也不同于滋生固氮菌，因为它们有较强
的寄主专一性，并且孤单作用比在自生生条件下强的
多
根际：固氮螺菌属、克雷伯菌属
联合固氮菌
叶面：克雷伯菌属、固氮菌属
动物肠道：肠杆菌属
生物固氮作用的机理
N2 ＋8e－＋8H＋＋18~24ATP
生物固氮
固氮菌研究现状及前景分析
固氮菌研究现状及前景分析摘要固氮菌所进行的生物固氮作用是土壤中氮素的主要来源，也是固氮微生物参与自然界氮素循环的主要环节，固氮菌主要包括自生固氮菌、共生固氮菌和联合固氮菌，涵盖固氮细菌和固氮蓝细菌两者共59个属。
本文将对固氮菌固氮作用的应用、基因工程育种在固氮菌研究上的应用以及固氮菌的最新研究进展等方面进行展开阐述，并进一步展望固氮菌的前景。
关键词固氮菌基因工程育种应用前景·AbstractBiological nitrogen-fixing is the main source of nitrogen in soil, also is the mainprocess that N-fixing bacteria take part in natural nitrogen cycle. N-fixing bacteriainclude free-living nitrogen fixing bacteria, symbiotic nitrogen fixing bacteria andassociative nitrogen fixing bacteria. This article will introduce the application ofnitrogen bacteria and the perspective of nitrogen fixing bacteria.KeywordNitrogen-fixing bacteria Genetic-engineering Application Perspective 固氮微生物包括自生固氮菌、共生固氮菌以及联合固氮菌三大类型。
对固氮菌的研究在农业生产，增加作物产量以及合成蛋白质等方面有着极其重要的应用。
本文叙述了生物固氮研究取得的重大进展和成果，包括发现了固氮基因，证实了克氏杆菌固氮基因操纵子的连锁性及正调控基因的调节机制和对氧、温度的敏感性；发现根瘤菌结瘤调控基因nodD3的产物对结瘤基因表达的启动不受宿主类黄酮的作用；发现根瘤菌的碳利用基因和固氮生物氮代射和碳代谢基因表达及其调节的偶联作用；在固氮基因表达调节基础上，构建了固氮基因工程菌株，并在生产中得到应用。
生物固氮技术在生态修复中的应用
生物固氮技术在生态修复中的应用随着人类对自然环境的破坏日益严重，生态修复已经成为了人们不得不面对的大问题。
而生物固氮技术作为一种生态修复手段，正受到越来越多的关注。
在本文中，我们将会探讨生物固氮技术在生态修复中的应用，阐述它的原理、特点和研究进展。
一、生物固氮技术的原理与特点生物固氮技术是指利用一些特定的生物微生物，利用它们的固氮功能，将空气中的氮固定成有机氮，从而补充土壤的氮素。
这些微生物中包括了许多细菌、蓝藻和共生的根瘤菌等。
生物固氮技术有着很多的特点。
首先，它可以补充土壤中短缺的氮素，促进农作物的生长。
其次，使用这种技术不需要施用化肥或化学农药，从而避免了化学物质的污染风险。
此外，这种技术还可以增加土壤的持水能力，改善土壤结构。
因此，生物固氮技术被广泛地应用于生态修复、农业生产和生态保护等领域中。
二、生物固氮技术在生态修复中的应用生态修复是指利用各种手段促进自然环境的恢复和修复。
而生物固氮技术则是其中一种有效的手段。
接下来，我们将会讨论生物固氮技术在生态修复中的具体应用案例。
1. 过剩养分的去除过剩的养分是垃圾堆肥和污水处理过程中最主要的问题之一。
这些养分如果不得当处理，将会对周围环境造成污染和危害。
生物固氮技术可以通过将细菌引入到垃圾堆肥中，使其固定氮并将其转化为可供植物使用的形式，从而将垃圾堆肥转变为创建健康的土壤的有效手段。
2. 保护水域重建水域重建的目标是让水体周边的生态环境恢复和发展。
而生物固氮技术可以通过在水体周边种植植物，利用细菌固氮为植物生长提供所需的养分。
这种技术不仅可以促进植物的生长，还可以改善水质。
3. 石漠化治理石漠化是各种形式的荒漠化的一种，主要出现在土地受到人为破坏的地区。
治理方法包括表层覆盖，种植草地等。
而生物固氮技术则可以通过种植土壤界面的植物，来维持土壤结构，从而减少水土流失。
4. 荒漠化治理荒漠化是世界面临的严重问题之一，如果不及时处理将会造成巨大的生态、经济和社会影响。
微生物固氮及其应用研究
微生物固氮及其应用研究随着环境污染和气候变化的加剧，农业生产面临着极大的压力。
为了提升粮食产量和生态环境的可持续性，农业科学家们不断探索新的技术和方法。
其中，微生物固氮技术被认为是一种非常有前途的技术。
本文将介绍微生物固氮的基本概念、机制及其应用研究。
一、微生物固氮的基本概念与机制微生物固氮是指一些特定的微生物能够利用氮气（N2）和氢气（H2）在高压和高温条件下生成氨（NH3）。
其中，氮气起到了提供N原子的作用，而氢气则是还原剂。
微生物固氮的机制可以概括为以下三个步骤：1. 氢化：氢气通过费托合成反应与氮气结合成亚氨基化合物（NH2）。
N2 + 3H2 → 2NH32. 还原：亚氨基化合物经过还原生成氨。
NH2 + H2 → NH3 + H2N3. 电子转移：负电荷的氢离子（H-）通过电子传递从一种还原物质转移到另一种还原物质。
NH3 + H2N → NH4+微生物固氮的机制非常复杂，其不同微生物之间的固氮能力也存在差异。
比如，霍乱弧菌能够利用氮气固氮，但是其固氮能力相对较低。
相反，一些根瘤菌具有良好的固氮能力。
二、微生物固氮的应用研究微生物固氮技术在农业生产中有着广阔的应用前景。
一方面，它可以作为农业生产的重要手段，提高农作物的产量和品质；另一方面，它还可为环境保护、可持续发展等领域提供支持。
1. 农业生产微生物固氮可以为农作物提供充足的氮素，进而提高作物品质和产量。
一些根瘤菌被广泛应用于豆科作物的生产中，如大豆、豌豆、菜豆等。
比如，在大豆生产中，根瘤菌能够促进大豆的根系生长，提高土壤中氮素的利用率，增加大豆产量并改善其品质。
2. 生态环境保护微生物固氮技术还可以改善土壤质量。
由于目前大量使用化肥等农业生产方式对土地造成了严重的污染，因此采用微生物固氮技术可以减少农业生产对土地的污染。
此外，微生物固氮还可以固定空气中的氮气，并将其转化为有机氮，补充土壤中的氮素，从而减少了对化肥和农药的依赖。
3. 可持续发展微生物固氮技术支持可持续农业发展。
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生物固氮及其发展前景摘要：本论文主要介绍生物固氮概念、固氮微生物及其种类和生物固氮发展前景。
关键词：生物固氮固氮微生物固氮生化机制生物固氮展望引言：生物固氮是一个具有重大理论意义和实用价值的生化过程。
生物固氮反应是一种及其温和及零污染排放的生化反应，它比人类发明的化学固氮有这无比的优越性，因后者需要消耗大量的石油原料和特殊的催化剂，并须要在高温（~300℃）、高压（~300个大气压）下进行。
此外，若不合理地使用氮肥，还会降低农产品的质量，破坏土壤结构和降低肥力，以及造成坏境污染（如湖泊的水华和海洋的赤潮）等恶果。
我国在近半个世纪当中，化肥产量猛增近6000倍，其有害影响已不断出现。
因此，我们应深刻认识到，只有深入研究、开发和利用固氮微生物，才能更好的发展生态农业和达到土地可持续利用的战略目标。
如果把光合作用旱作是地球上最重要的生化反应，则生物固氮作用便是地球上仅次于光合作用的生物化学反应，因为它为整个生物圈中一切生物的生存和繁荣发展提供了不可或缺和可持续供应的还原态氮化物的源泉。
内容：⒈生物固氮定义：指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程，生物界中只有原核生物才具有固氮能力。
⒉固氮微生物的种类⒉1 自生固氮菌⒉⒈1好氧：化能异养、化能自养、光能自养⒉⒈2兼性厌氧：化能异养、光能异样⒉⒈3厌氧：化能异养、光能自养⒉2 共生固氮菌⒉⒉1根瘤：豆科植物、非豆科被子植物⒉⒉2植物：地衣、满江红⒉3 联合固氮菌⒉⒊1根际（热带、温带）⒉⒊2叶面⒉⒊3动物肠道⒊固氮的生化机制⒊1生物固氮反应的6要素⒊⒈1ATP的供应由于N≡N分子中存在3个共价键，故要把这种极端的分子打开就得花费巨大能量。
固氮过程中把N2还原成2NH3时消耗的大量ATP(N2:ATP=1:(18~24)是由呼吸、厌氧呼吸、发酵或光合磷酸化作用提供的。
⒊⒈2还原力[H]及其传递载体固氮反应中所需大量的还原力（N2︰[H]=1︰8)必须以NAD（Ｐ）Ｈ＋Ｈ﹢的形成提供。
[Ｈ]由低电势的电子载体铁氧还蛋白(ｆｅｒｒｅｄｏｘｉｎ，一种硫铁蛋白)或黄素氧还蛋白（Ｆｌｄ，一种黄素蛋白）传递至固氮酶上。
⒊⒈３固氮酶固氮酶是一种复合蛋白，由固二氮酶还原酶两种相互分离的蛋白构成，它们对氧都高度敏感。
固二氮酶是一种含铁和钼的蛋白，铁和钼组成一个称为“ＦｅＭｏＣｏ”的辅助因子，它是还原Ｎ２的活性中心。
而固二氮酶还原酶则是只含铁的蛋白。
某些固氮菌处于不同生长条件下时，还可合成其他不含钼的固氮酶，称为“替补固氮酶”，具有适应极度缺钼环境下还能正常进行生物固氮的功能。
⒊⒈4还原底物－－N2.⒊⒈5镁离子⒊⒈6严格的厌氧微环境。
⒊2测定固氮酶活力的乙炔还原法测定固氮酶活力的经典方法曾有过粗放的微量氏定氮法和烦琐的同位素法等。
1996年，M.J.Dilworth和R.Scholhorn等人分别发表了既灵敏又简单的利用气相色谱仪测定固氮酶活性的乙炔还原法，大大推动了固氮生化的研究。
已知固氮生化除了能催化N2→NH3的反应，还可能催化许多反应，包括2H﹢+2e﹣→H2和C2H2→C2H4等反应，在后一反应中，这两种气体量的微小变化也能用气相色谱仪检测出来。
测定时，只要把带测测细菌制成悬浮液，放在含有10%C2H2空气（对好氧菌）或C2H2的氮气（对厌氧菌）的密闭容器中，经适当培养后，按不同时间用针筒抽取少量的气体至气相色谱仪测定，即可获得是否固氮及固氮强度等准确数据。
由于乙炔还原法的灵敏高度、设备较简单、成本低廉和操作方便，故很快成为任何研究固氮实验室中的常规方法。
⒊3固氮的生化途径目前所知道的生物固氮的总反应是：N2+8[H]+16~24ATP→2NH3+H2+16~24ADP+16~24Pi整个固氮过程主要经历以下几个环节：①由Fd或Fld向氧化型固二氮酶还原酶的铁原子提供一个电子，使其还原；②还原型的固二氮酶还原酶与ATP﹣Mg结合，改变了构象；③固二氮酶在“FeMoCo”的Mo位点上与分子氮结合，并与固二氮酶还原酶﹣Mg﹣ATP复合物反应，形成了一个1:1复合物，即完整的固氮酶；④在固氮酶分子上，有一个电子从固氮酶还原酶﹣Mg﹣ATP复合物转移到固氮酶的铁原子上，这时固氮酶还原酶重新转变为氧化态，同时ATP也就水解成ADP＋Pi；⑤通过上述过程连续6次（用打点子的箭头表示）的运转，才可使固二氮酶释放2个NH3分子；⑥还原一个N2分子，理论上仅需6个电子，而实际测定却需8个电子，其中2个消耗在产H2。
必须强调指出的是，上述一切生化反应都必须受活细胞中各种“氧障”的严密保护，以保证固氮酶免受失活。
⒊4固氮酶的产氢反应固氮酶除能催化N2→NH3外，还具有催化2H﹢＋2e﹣→H2反应的氢化酶的活性。
当固氮菌在缺N2环境下，也只是把75%的还原力[H]去还原N2，而把另外25%的[H]以产H2的方式浪费掉了。
然而，在大多数固氮菌中，还存在另一种经典的氧化酶，它能将被固氮菌浪费了的分子氢重新激活，以回收一部分还原力[H]和ATP。
⒋生物固氮的应用及其前景大气中的氮，必须通过以生物固氮为主的固氮作用，才能被植物吸收利用。
动物直接或间接地以植物为食物。
动物体内的一部分蛋白质在分解过程中产生的尿素等含氮废物，以及动植物遗体中的含氮物质，被土壤中的微生物分解后形成氨，氨经过土壤中的硝化细菌的作用，最终转化成硝酸盐，硝酸盐可以被植物吸收利用。
在氧气不足的情况下，土壤中的另一些细菌可以将硝酸盐转化成亚硝酸盐并最终转化成氮气，氮气则返回到大气中。
除了生物固氮以外，生产氮素化肥的工厂以及闪电等也可以固氮，但是，同生物固氮相比，它们所固定的氮素数量很少。
可见，生物固氮在自然界氮循环中具有十分重要的作用。
⒋1农业应用生物固氮在农业生产中具有十分重要的作用。
氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤每年因此要失去大量的氮素。
如果土壤每年得不到足够的氮素以弥补损失，土壤的含氮量就会下降。
土壤可以通过两条途径获得氮素：一条是含氮肥料（包括氮素化肥和各种农家肥料）的施用；另一条是生物固氮。
科学家在20世纪80年代推算过，全世界每年施用的氮素化肥中的氮素大约有8*10^7t，而自然界每年通过生物固氮所提供的氮素，则高达4*10^8t。
对豆科作物进行根瘤菌拌种，是提高豆科作物产量的一项有效措施。
播种前，将豆科作物的种子沾上与该种豆科作物相适应的根瘤菌，这显然有利于该种豆科作物结瘤固氮。
特别是新开垦的农田和未种植过豆科作物的土壤中，根瘤菌很少，并且常常不能使豆科作物结瘤固氮，更需要进行根瘤菌拌种。
对比实验表明，在其他条件相同的情况下，经过根瘤菌拌种的豆科作物，可以增产10%～20%。
⒋2研究简况1886年在第59届德国科学家和医生学术讨论会上，德国学者赫尔利格尔(Hermann Hellriegel）首次提出令人惊奇的试验结果，即当大豆生长在缺氮的土壤中时，大豆的根瘤也能使其良好生长，其机理在于其根瘤具有固氮功能。
在当时称之为根生杆菌，现在称之为大豆根瘤菌的细菌对豆科植物根部的根瘤形成具有特殊的刺激作用。
在根瘤菌内，根瘤菌将大气中的氮还原为能被植物吸收利用的氨，豆科宿主在吸收了这些氨之后又能将其转变为含氮有机化合物，以供其生长发育之需。
通过对根瘤菌进行接种培养后于1895年就获得了具有很强固氮能力的根瘤菌菌种。
通过添加灭菌草木灰等吸附剂之后，大批根瘤菌被施用到三叶草、豌豆和小扁豆等豆科作物的种植地中以提高其产量。
现在已经知道，在自然界具有固氮功能的生物种类很多，其中有自养固氮生物和异养固氮生物这两大类型。
在异养固氮生物中因宿主植物的差异而被划分为豆科植物共生固氮菌和非豆科植物共生固氮菌。
尽管固氮生物多种多样，但在其固氮过程中都需要共同的固氮基因（nif）的参与。
在共生固氮生物中固氮体系非常复杂，除了nif基因在固氮过程中起关键性作用之外，其它基因的协同作用也非常重要。
由于根瘤菌具有的特殊功能，大批热心的研究者对其特征特性，对寄主的侵染方式、固氮机制和商业价值等进行了系统的研究。
本世纪80年代以来，学者们一方面从分子水平进一步研究根瘤菌在豆科植物上的固氮机理和改造根瘤菌，试图培育出活性更强的根瘤菌；另一方面利用人工诱导方式诱发非豆科作物根部结瘤，试图利用根瘤菌的特殊功能使非豆科作物也能共生固氮，以便减少农田中氮肥的施用量，降低农作物的生产成本。
除此之外，在70年代末，由于在放线菌中发现了弗兰克氏菌（Frankia）与多种非豆科树木能共生结瘤并具有固氮效应，因而在生物固氮研究中又产生了一个新的分支，即以研究弗兰克氏菌的分类、功能、分布和应用前景为主要内容的新领域。
从现有的研究结果来看，与豆科植物的根瘤菌的固氮体系相比，利用弗兰克氏菌具有广谱侵染的特性，对建立新的固氮技术体系可能具有更大的意义，应用前景更广阔。
⒋3展望据测算，在大气中氮素含量为3.9×1015吨；在全球耕地内生物固氮量理论上可达到4400万吨，约相当于全世界每年生产的化肥总量；全球林地面积约为4.1亿公顷，其固氮总量可达到4000万吨。
由于在氮素化肥生产中伴随着能源耗费和日趋严重的环境污染问题，人们逐渐认识到农林业生产完全依赖化肥终非良策，于是，生物固氮研究日益受到各国政府的重视。
通过适当方式固定大气中的游离氮素，将其转变为能参与生物体新陈代谢的氨态氮是地球上维持生产力的一个重要的生态反应。
从战略上来考虑，正确的农业生产政策应该是既要增加粮食生产，又不要损害土地的持久生产力，而生物固氮正好能同时满足这两个目的。
应用现代科学技术建立和完善生物固氮体系已经成为解决人类目前所面临的人口、粮食、能源和环境等问题的重要技术措施。
近20年来生物固氮已经成为一个多学科的综合性研究项目，分别在分子、细胞、个体和生态等多层次水平上，从微观到宏观不断地展开着探索性研究。
从目前的研究现状来看，试图通过基因工程将nif 基因从豆科植物转移到非豆科农作物中难度比较大，在短期内很难实现，而采用细胞工程方法将根瘤菌导入非宿主农作物细胞内则切实可行。
除此之外，由于Frankia菌具有对宿主的侵染范围宽、固氮活性比较强和对氧气不敏感等特性，在生物固氮研究中对Frankia菌的研究将更为重要，有可能由此会找到新的突破口。
在Frankia菌与农作物之间建立起新的共生固氮体系将具有更大的可能性。
这项研究已呈现出新的苗头，值得进一步探索。
生物固氮研究已经引起越来越多的人的关注。
在这方面的研究今后主要包括基础理论和应用基础这两个方面。
在基础理论研究中主要围绕着诱发非豆科作物结瘤的最佳条件和提高共生固氮效能，其中包括诱导根瘤菌侵入主要农作物共生结瘤的有效方法；提高非豆科农作物共生结瘤固氮的效能；根瘤菌导入非豆科宿主细胞的途径、共生部位和共生机理；采用适当的技术措施诱导Frankia菌与主要农作物结瘤固氮；Frankia菌共生结瘤固氮的机理等等。