生物固氮作用
生物固氮的作用机理和应用
生物固氮的作用机理和应用
物质固氮的作用是把大气中的氮气及其衍生物质(如氨和尿素) 转化为生物可摄取的氮肥, 从而满足植物的吸收需要。
生物固氮的生理机理s:
1）生物固氮微生物在土壤里吃掉大量大气中的氮气，然后在消化过程中合成尿素和氨和，把这些肥料ִ释放到土壤中植物可以吸收的形式;
2）当植物吸收到这种尿素和氨和后，可以为植物提供氮，而无需使用化肥;
3）一些特定的固氮微生物还可以将空气中的氮结合到植物的根中，使植物真正地从空气摄取氮，而不是依赖化肥;
4）由于被固定到植物的根生活，固氮微生物可以预防土壤中氮素的流失;
5）植物吸收的氮会回流到大气中，这可以解决土壤氮沉降和环境氮污染问题。
生物固氮应用:
1）植物生产：利用生物固氮可以减少植物对化肥的依赖，还可以改善土壤的质量，从而达到植物生长的最佳效果;
2）畜牧生产：利用固氮微生物可以减少牲畜对饲料中矿物质和能源的依赖，从而降低养殖成本，提高畜牧生产效率;
3）水利工程：在水利项目建设中，固氮微生物可以解决水体中高浓度含氮物质的问题，进而降低水体污染。
氮自由基的产生方式
氮自由基的产生方式
氮自由基是指由氮原子组成的自由基，其化学式为•N。
氮自由基是生物体内的一种自
由基，它的产生与许多生物过程密切相关。
1. 生物固氮作用
生物固氮作用是指将大气中的氮气转化为植物可利用的氨等固态氮化合物的过程。
这
个过程需要一些能量，氮化细菌在这个过程中会产生氮自由基及其他产物。
2. 光化学反应
在自然界中，光化学反应是氮自由基形成的主要途径之一。
这个过程中，氮气与大气
中的其他分子经过吸收太阳光子后发生化学反应，生成氮自由基及其他反应产物。
3. 暴雨天气
当大气中的水汽越来越多，夜间温度下降时，空气凝结成小水珠，形成云层。
云层在
高空中移动时，遭受到较强的垂直气流。
在这个过程中，云层中的氮气会发生摩擦和碰撞，产生氮自由基及其他反应产物。
4. 火山喷发
火山爆发时，大量的氮化合物会进入大气中，通过化学和光化学反应，产生大量的氮
自由基和其他自由基，对大气和生物系统产生严重影响。
5. 燃烧反应
总之，氮自由基的产生与自然界和人类活动密切相关，了解氮自由基的产生方式有利
于我们更好地管理和保护生态环境。
同时，氮自由基在生物体内也发挥着非常重要的作用，是维持生命活动所必需的化学物质之一。
固氮作用名词解释微生物学
固氮作用名词解释微生物学1.引言1.1 概述概述部分的内容可以写成如下形式：引言是一篇文章中不可或缺的一部分，它旨在为读者提供对固氮作用的基本认识和背景信息。
固氮作用是指某些微生物将大气中的氮气转化为植物可利用的形式，从而在自然界的氮循环中发挥着至关重要的作用。
这一过程可以促进土壤中氮素的供应，进而促进植物的生长和发育。
固氮作用的研究在微生物学领域中具有重要的意义。
通过深入研究固氮作用的机制和调控方式，可以为农业生产和环境保护提供有益的指导。
此外，固氮作用还可以与其他微生物相互作用，形成复杂的微生物群落，进一步影响土壤生态系统的稳定性和功能。
本文将首先阐述固氮作用的概念，包括它的定义和相关的基础知识。
随后，将重点介绍固氮作用的机制，包括微生物参与的关键步骤和调控因素。
最后，我们将探讨固氮作用在微生物学中的重要性，并展望未来针对固氮作用的研究方向。
通过对固氮作用的深入了解和研究，我们可以更好地理解微生物在土壤生态系统中的作用，为实现可持续农业和生态环境的保护做出贡献。
本文的目的是系统地介绍固氮作用在微生物学中的意义和前沿，为读者提供深入学习和研究的基础。
文章结构部分的内容可以起到引导读者理解文章主要内容和组织结构的作用。
下面是对1.2文章结构部分的一种可能的编写方式：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：第一部分为引言部分，首先概述固氮作用的基本概念和背景信息，引起读者对该话题的兴趣。
随后，明确介绍文章的组织结构和各部分的主要内容和目的。
第二部分是正文部分，主要分为两个小节。
首先，将详细介绍固氮作用的概念，包括其定义、历史发展和相关研究进展。
该部分将介绍固氮作用的基本原理和相关概念，通过一些具体案例和实验进行解释和说明。
其次，详细讨论固氮作用的机制，包括影响固氮作用效率的因素以及微生物在固氮过程中的作用和调控机制。
这一部分将结合最新的研究成果和理论，深入解析固氮作用在微生物学中的重要性和其相关机制。
生物固氮在农业生产上的应用
生物固氮在农业生产上的应用生物固氮简介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。
生物固氮拌种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。
播种前拌种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%。
生物固氮做绿肥用豆科植物做绿肥，例如将田箐、苜蓿或紫云英等的新鲜植物直接耕埋或堆沤后施用到农田中，可以明显增加土壤中氮的含量。
科学家统计过，如果用新鲜的豆科植物饲养家畜，再将家畜的粪便还田，则既可以使土壤肥沃，又可以获得更多的粮食和畜产品。
本世纪初以来全球农作物单位面积产量不断增长，在一定程度上依赖于氮素化肥的施用量不断增加。
农作物依赖于施用氮素化肥所获得的增产实际上是以消耗能源和污染环境为代价所取得的。
在大气中氮气含量接近80%，但这种氮气并不能直接为高等植物吸收利用。
人类自从发现豆科植物与根瘤菌共生结瘤固氮现象以来对生物固氮研究已有112年之久，中国对生物的共生固氮现象也进行了长达62年的探索性研究。
然而，关于生物固氮，特别是非豆科农作物的生物固氮，还有许多问题有待于进一步研究。
目前，生物固氮研究已经被列为“国际生物学计划”中的重点研究内容，各国政府都将其视为重点科技攻关项目。
通过适当方式将生物固氮机制引入到非豆科农作物中，进而建立起非豆科农作物固氮新体系，这是农业科学研究中一项富有挑战性的研究课题。
这不仅引起了农业科学家的极大兴趣，而且也受到了全社会各阶层有识之士的广泛关注。
固氮作用
根瘤
非豆科：弗兰克氏菌属等
地衣：鱼腥蓝细菌属等 满江红：满江红鱼腥 蓝细菌等
植 物
c.联合固氮菌
必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的生物
联 合 固 氮 菌
根际：生脂固氮螺菌 、芽孢杆菌属等 叶面：克雷伯氏菌属、固氮菌属等 动物肠道：肠杆菌属、克雷伯氏菌属等
微生物如何固氮呢？
ATP
二、生物固氮作用
微生物将氮还原为氨的过程称为生物固氮
microrganism
N2
NH3
哪些微生物能固氮？
最早发现的固氮微生物：
共生的根瘤菌属（1886年）和自生的固氮菌属 （1901年）
根瘤菌
圆褐固氮菌
具有固氮作用的微生物已多达200余属
在分类地位上主要隶属于固氮菌科、根瘤菌科、红螺菌目、蓝细菌以及芽孢杆菌属和 梭菌属等
a.自生固氮菌
一类不依赖于它种生物共生而能独立进行固氮的生物
好氧：固氮菌属、氧化亚铁硫杆菌属、蓝细菌等
自 生 固 氮 菌
兼性厌氧：克雷伯氏菌属、红螺菌属等
厌氧：巴氏梭菌、着色菌属、铜绿假单菌胞菌属等
b.共生固氮菌
必须与它种生物共生在一起才能进行固氮的生物 豆科植物：根瘤菌属等
共 生 固 氮 菌
缺乏产氧光合系统II, 脱氢酶、SOD活性高
（2）非异形胞蓝细菌固氮酶的保护
固氮作用和光合作用分隔 缺乏产氧光合系统II, 脱氢酶、SOD活性高
3.豆科植物根瘤菌固氮酶的保护机制
类菌体周膜
豆血红蛋白
思考题： 1. 如何从环境中分离固氮微生物
2. 固氮酶的应用
固氮酶的其他催化活性：
2H+ + 2eC2H2 + 2H+ + 2e-
生物固氮作用名词解释
生物固氮作用名词解释
嘿，朋友们！今天咱来聊聊一个超厉害的东西——生物固氮作用。
啥是生物固氮作用呢？简单来说，就是有些特别的微生物，它们能把空气中的氮气变成植物可以用的含氮化合物。
这就好比有个神奇的小魔法师，能把一种我们平时很难利用的东西变成宝贝。
这些厉害的微生物就像是勤劳的小工人，默默地在自然界中工作着。
想象一下，如果没有它们，植物要从哪里获得那么重要的氮元素呢？植物的生长可离不开氮呀，就像我们人要吃饭一样重要。
生物固氮作用主要是靠一些细菌来完成的，比如根瘤菌。
根瘤菌和一些植物可是好伙伴呢！它们会在植物的根部形成根瘤，在那里进行固氮工作。
这就好像是它们一起合作开了个小工厂，专门生产植物需要的氮。
你说这神奇不神奇？空气中那么多氮气，我们人类都没办法直接利用，但这些小小的微生物就能做到！而且，生物固氮作用对于整个生态系统都超级重要。
植物有了氮才能长得好，植物长得好，食草动物才有吃的，食肉动物也才能有食物来源呀。
这一环扣一环的，要是没有生物固氮作用，那整个生态系统不就乱套了？
生物固氮作用不只是对植物和动物重要，对我们人类也很重要呢！我们吃的粮食、蔬菜，不都是靠植物长出来的嘛。
如果没有生物固氮作用，那我们的食物从哪里来呢？
所以说呀，生物固氮作用可真是大自然的一个奇妙馈赠！我们可得好好珍惜和保护这些能进行生物固氮的微生物，让它们能继续好好地为我们的大自然服务。
生物固氮作用真的是太重要了，我们一定要重视它呀！。
微生物在固定氮中的作用及其调控机制
微生物在固定氮中的作用及其调控机制氮是生命的基本元素之一，是构成生物体的核酸、蛋白质等必需元素。
然而，在自然界中，氮的存在形式主要是空气中的氮气(N2)，这种形式的氮却不能直接被植物吸收利用，因为固氮的反应需要高能量的化学键的断裂。
然而，在自然界中一些微生物能够利用高级别的氮化合物为能源，将空气中的氮转化成小分子低能级的氮化合物，从而实现对氮的固定。
这种过程称为生物固氮，也被认为是生态系统中最重要的氮素转化途径之一。
一、微生物固氮的类型固氮的微生物主要包括自由生活的和共生生活的两类，其中，大多数自由生活的固氮微生物属于泛菌门的一种，称为氢化菌(Hydrogenobacter)和蓝藻(Anabaena)。
1. 自由生活的微生物固氮自由生活的微生物固氮是指能独立生存，在土壤、水体等环境中自由活动并能进行固氮的微生物。
其中，最常见的是一些泛菌门的微生物，包括许多细菌属，如Azotobacter、Azospirillum、Klebsiella、Pseudomonas等，其中，Azotobacter和Azospirillum是目前应用较广的固氮微生物。
对于这类微生物，为了增加自身的固氮量，一些根据渗透压、营养要求不同的固氮微生物会发生栖息的现象，形成根结菌留在植物根系上，这时的微生物被称为共生生物。
2. 共生微生物固氮共生微生物固氮即多种微生物（一般为革兰氏气单胞菌与根瘤菌）与植物共生，形成定殖在植物根系中的根瘤菌。
根瘤菌通过有氧呼吸供植物能量，同时通过固氮向植物提供生长所需的氮。
广义上说，共生微生物固氮包括具有根瘤菌能力或寄生植物的微生物。
其中，根瘤菌是利用植物根部平面细胞中“受原体”抗体结构与植物根细胞接合后进入植物体内异化并生长发育具有固氮能力的一类菌群。
二、微生物固氮的作用与意义1. 微生物对植物固氮的帮助植物只有在植物根系中生存的共生根瘤菌的固氮作用下才能生长和繁殖。
微生物不仅利用可以耐受固氮的植物成分，而且利用解毒酶诱导因子固氮。
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。
微生物生态学-7生物固氮
L6O2L6＋O2 ＋
豆血红蛋白是共生体根瘤形成过程中由根瘤菌和植物的基 因共同形成的，其中根瘤菌产血红素，植物产球蛋白,但 因共同形成的，其中根瘤菌产血红素，植物产球蛋白 但 须由根瘤菌诱导才能产生。 须由根瘤菌诱导才能产生。 L6O2可以高流速低浓度的氧流向类菌体，提供生长所需O2。 可以高流速低浓度的氧流向类菌体，提供生长所需O 这样既保证类菌体生长， 这样既保证类菌体生长，又保证类菌体细胞内的固氮酶不 受高浓度氧的抑制。 受高浓度氧的抑制。
第二节
一、固氮微生物
固氮微属 个属100多种，包括细菌、放线菌、蓝细菌等 多种， 个属 多种 包括细菌、放线菌、 原核微生物
自生固N 二、 固氮体系 ①自生固N体系 ②共生固N体系 共生固N 联合固N ③联合固N体系
（1）自生固N体系 自生固N
固氮微生物在其独自生活过程中，将分子态N 固氮微生物在其独自生活过程中，将分子态N还 独自生活过程中 原为氨，由这类固N微生物建立的体系。 原为氨，由这类固N微生物建立的体系。
二、固N酶催化反应的条件
2、固N酶催化反应的抑制 （1）氢的抑制 ）
H＋是固N作用的专一性竞争抑制剂 是固N 在固氮酶上的结合位点相同； 原因： 原因： H+和N2在固氮酶上的结合位点相同； 竞争能量和电子。 竞争能量和电子。 在分子态N的还原过程中总是伴有H 的释放， 在分子态N的还原过程中总是伴有H2的释放， 这一现象称为放氢现象： 这一现象称为放氢现象： 固N酶 酶
作用。 低Eh（-490mv）条件下进行固 作用。 （ ）条件下进行固N作用
③具底物的多样性，除能将分子态N还原为氨外，还 具底物的多样性，除能将分子态N还原为氨外， 能催化许多底物的还原。 能催化许多底物的还原。HC≡CH→H2C=CH2
desulfobacterales 固氮作用
desulfobacterales 固氮作用
Desulfobacterales的固氮作用是一种生物固氮作用，它涉及到一些特定的微生物将大气中的氮气转化为氨的过程。
这种固氮作用在自然界中是非常重要的，因为它能够将氮气这一化学惰性、无利用价值的元素转化为植物和其他生物所需的氨。
具体来说，Desulfobacterales是一种厌氧细菌，它们在厌氧环境中生存，利用硫酸盐作为电子受体进行呼吸。
同时，这些细菌能够通过固氮酶的作用，将大气中的氮气转化为氨。
固氮作用是地球上氮素循环的关键步骤之一，对于维持生态系统的平衡和稳定具有重要意义。
Desulfobacterales的固氮作用在海洋、湖泊、河流等水体中都发挥着重要作用，对于这些水体的生态系统和环境有着重要影响。
需要注意的是，Desulfobacterales的固氮作用是一种生物固氮作用，与工业固氮和自然固氮有所不同。
生物固氮作用主要依赖于微生物的活动，而工业固氮和自然固氮则是通过化学或物理方法实现的。
总之，Desulfobacterales的固氮作用是一种重要的生物固氮作用，对于维持生态系统的平衡和稳定具有重要意义。
生物固氮作用
生物固氮作用生物固氮作用生物固氮作用(biological nitrogen fixation): 生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程。
生物固氮只发生在少数的细菌和藻类中。
估计全球每年生物固氮作用所固定的氮(N2)约达17500万吨，其中耕地土壤约有4400万吨，超过了每年施入土壤4000万吨肥料氮素(工业固氮)的量(Burris，1977)。
因此，生物固氮作用有很大潜力。
生物固氮概括地说是指某些微生物和藻类通过其体内固氮酶系的作用将分子氮转变为氨的作用。
因地壳含有极少的可溶性无机氮盐，所有生物几乎都需要依赖固氮生物固定大气中的氮而生存，因此生物固氮对维持自然界的氮循环起着极为重要的作用。
对固氮生物的研究和利用能为农业开辟肥源，对维持和提高土壤肥力有很大意义。
固氮生物又叫做固氮微生物。
固氮微生物种类到1982年固氮微生物达70多个属，大多数是原核微生物(细、放、蓝细菌)，也有真菌。
根据固氮微生物与高等植物以及其他生物关系，分为三个类型:自生固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物。
1( 自生固氮微生物: 在土壤中或培养基中生活时，可以自行固定空气中的分子态氮(氨态氮)。
在进行固氮作用时对植物或其它生物没有明显的依存关系。
常见的自生固氮微生物包括以圆褐固氮菌为代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌为代表的厌氧性自生固氮菌，以及以鱼腥藻、念珠藻和颤藻为代表的具有异形胞的固氮蓝藻(异形胞内含有固氮酶，可以进行生物固氮)。
(1) 光合固氮微生物能进行光合作用，以二氧化碳为碳源、光合产物为能源进行固氮作用的微生物。
有蓝细菌(见蓝藻门)中的许多属种(如念珠藻属、鱼腥藻属等)和光合细菌中的红螺菌属以及绿硫菌属等。
(2) 化能自养固氮微生物有些化能自养微生物(如氧化亚铁硫杆菌等)能以二氧化碳、亚铁氧化物和分子态氮为碳、能、氮源。
(3) 异养固氮微生物进行异养生活，以适宜的有机碳化合物为碳源和能源，满足生活和固氮的需要。
生物固氮技术在农业生产中的作用
生物固氮技术在农业生产中的作用随着全球人口的增长和经济的发展，对于粮食和食品的需求呈现出逐年增长的趋势。
然而，土地资源的有限化和化肥的土壤污染问题却严重威胁着农业生产的可持续性。
为了应对这种情况，生物固氮技术应运而生，成为了一种十分重要的农业技术。
生物固氮技术是指通过有机或无机手段，使大气中的氮气转化为植物可利用的氨氮或硝酸盐的技术。
在这个过程中，由于某些种类的细菌群体与植物共生，细菌能够从大气中吸收氮分子，转化为植物所需的营养物质，这些细菌就成为了“固氮菌”。
生物固氮技术的具体方法包括：旋转作物，多菜合作，种植植物，施用新型生物肥料等。
由于传统化肥的使用引起的土壤污染和生态破坏，生物固氮技术已经成为一种替代方案来恢复土壤的营养和提高农业生产的质量和数量。
生物固氮技术不仅可以提高农业生产的效率和产量，还可以减少对环境的影响，从而达到可持续发展的目标。
生物固氮技术可以提高作物的抗性和免疫力，从而减少作物生长期间所受到的病虫害侵袭。
生物固氮菌能够合成多种氨基酸、植酸、生长素和维生素等显著增强作物的营养度，从而改善植物的功能和健康状态。
同时，固氮作物能够增加土壤容水性，改善土壤结构，提高土壤的肥力。
除了对植物的生长和营养作出重要贡献外，生物固氮技术也对农村地区的可持续发展做出了贡献。
生物固氮技术节约化肥的使用，降低了农民投资和经营成本，从而增加农业经济的利润。
同时还能避免局部环境污染，干净清新的农田环境能够促进农业生产和农村社会的发展。
生物固氮技术是促进农业可持续发展的一个关键技术，在当今世界至关重要。
固氮技术的真正意义在于，它不仅改善了农业生产的质量和效率，而且减少了对环境的影响。
对于那些希望创造更加健康、可持续和繁荣的社会的人们来说，这项技术都是十分重要的。
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。
《微生物的固氮作用》课件
固氮微生物在未来的应用前景
生物肥料
利用固氮微生物提高植物的氮素供应 ，降低化肥的使用量，减少环境污染 。
生物修复
利用固氮微生物修复受污染的环境， 如水体和土壤。
生物能源
研究固氮微生物在生物燃料生产中的 应用，如利用固氮微生物提高生物柴 油的产量。
农业可持续发展
通过研究固氮微生物，为农业可持续 发展提供新的思路和技术手段，促进 生态环境的保护和改善。
固氮作用在自然界中的地位
维持生态平衡
固氮作用能够将空气中的氮气转化为含氮化合物，为植物和其他生物提供营养 ，维持生态系统的平衡和稳定。
促进农业可持续发展
通过固氮作用，土壤中的微生物能够提供植物所需的氮素，促进植物生长和农 业生产的发展，对农业可持续发展具有重要意义。
02
固氮微生物的生态学
固氮微生物的分布与多样性
固氮微生物的结构
固氮微生物通常具有细胞壁、细胞膜、细胞质和核区等基本结构。其中，细胞壁 和细胞膜的结构和功能对于固氮作用至关重要。
固氮微生物的生长与繁殖
生长曲线
固氮微生物的生长曲线通常呈S型，分为延迟期、对数期、稳 定期和衰亡期。在生长过程中，固氮微生物会根据环境条件 调整其生长速率。
繁殖方式
固氮微生物的繁殖方式有二分裂、出芽、孢子形成等。其中 ，二分裂是最常见的繁殖方式，即一个母细胞分裂成两个子 细胞。
固氮微生物的代谢与调控
固氮微生物的代谢途径
固氮微生物通过一系列复杂的代谢途 径将空气中的氮气转化为氨，这个过 程需要能量和还原剂。
固氮作用的调控
固氮作用的调控涉及多个方面，包括 基因表达、信号转导和环境因素等。 这些因素相互作用，共同调节固氮作 用的效率和方向。
最新4-1微生物的固氮作用
图氮的生化途径
图氮的生化途径
N2经根瘤菌被植物吸收
谢谢大家！
第六组成员:龚丽萍、杨梅、兰朝芳、何志秀、蒋 小东、戴贵飞
白—钼铁蛋白和铁蛋白，使固氮研究进入分
子水平。
固氮酶的Ⅰ、Ⅱ
项目
组分Ⅰ 钼铁蛋白 组分Ⅱ 铁蛋白
蛋白质亚基数 4(2大2小)
2(相同)
分子量
22万左右
六万左右
Fe原子数
30(24～32)
4
不稳态S原子数 28(20～32)
4
Mo原子数
2
0
Cys的SH基数 32～34
12
活性中心 铁钼辅因子(FeMoCo) 电子活化中心(Fe式为：
N2 + 6e + 6H+ + 12ATP 2NH3 + 12ADP + 12Pi
N2分子经固氮酶催化还原为NH3，再通过转 氨途径形成各种氨基酸。固氮酶除具有固氮功能 外，还能催化2H+ → H2。在缺N2条件下，固氮酶 可将H+全部还原为H2；在有N2条件下，固氮酶将 75%的NAD(P)H2用于N2的还原，另外25%的 NAD(P)H2形成H2浪费掉。但在大多数固氮菌中， 含有氢酶，可将固氮催化形成的无效H2重新转化 为NAD(P)H2和ATP。
4-1微生物的固氮作用
根瘤菌
联合固氮菌 根际温带：
Bacillus，Klebsiella
热带：
雀稗固氮菌(Azotobacter paspali)，
Azospirillum,Beijerinckia 叶面：
Beijerinckia, Azoto bacter
2.固氮的生化机制
固氮酶：生物固氮反应的核心。
生物固氮名词解释
生物固氮名词解释
生物固氮是指生物体形成固氮物质，从而增加土壤中氮的数量，从而支撑植物
生长和发育的自然过程。
近几十年来，随着环境大气的的变化，以及氮污染的增加，生物固氮的研究受到了越来越多的重视。
一般而言，生物固氮的过程主要原理就是各种微生物介所产生的氨或N2固定
在在土壤或水体中的能力，氨的形式和氮的物质形式得以转化为有效利用的形式，为环境带来清洁气候。
通常，生物固氮研究主要有三大方面，包括固氮微生物生态学、物理化学和分子生物学。
研究生物固氮，对高校及高等教育也有重要意义。
一方面，可帮助学生更全面
地理解气候变化问题，明确不同生态系统之间气候变化的影响；另一方面，可引导学生了解不同生态系统中植物的生物固氮机制，从而更好地参与大气污染的相关研究，发现更加可持续的发展模式。
随着气候变化的加剧，社会对生物多样性的了解变得越来越重要。
近几年来，
许多高校和高等教育机构开设了特色课程，帮助学生培养科学素养，更好地理解生物固氮的机理，以适应新区域环境和地理空间的挑战。
在减弱温室气体的同时提高全球气温，固定植物中氮元素的机制非常重要，而这些机制有更好地帮助学生掌握生物固氮过程的深刻认识。
此外，教育机构可以开展生物固氮实验，以配合相关理论课程，提高学生的实
践动手能力，培养科学素养和实践能力，引导学生更深入地思考关于环境生态保护问题，因此，学校与教育机构对生物固氮在解决气候变化和环境保护的作用起着非常重要的作用。
生物固氮意义
生物固氮意义
生物固氮是指一种能够将大气中的氮气（N2）转换成有机氮的过程。
它是由微生物及其酶来实现的一种生物合成过程，也是硝化作用的一个重要环节，在海洋中扮演着重要的角色。
所以说，生物固氮对于地球上的生物群落具有重要意义。
生物固氮是植物利用土壤和水中的氮素进行光合作用而得到碳和水的过程。
所以，当植物需要氮素以进行生长时，它们要从土壤中获取，这就是为什么微生物和土壤会发挥如此重要作用的原因。
土壤中的氮一般主要存在为气态的氮气（N2），这种分子构造的氮气并不能直接被植物利用，所以有微生物参与，将氮气转变成有机形式的氮，才能供植物使用，这样植物才能正常生长。
生物固氮过程以微生物为主体参与，同时会消耗一定的能量，但是它也是一个可持续的过程，因为微生物会在这个过程中积累能量。
土壤中的氮素的生物固定可以使植物获得较好的生长，也可以减少植物对化肥的依赖，有效保护环境。
生物固氮是一种重要的环境过程，它可以改善土壤的肥力，从而促进植物的生长;它不但可以减少植物对化肥的依赖，而且还可以使土壤中的氮素有效地进行循环。
如果我们能够控制生物固氮的效率，就可以更有效地释放氮素，进而改善土壤的肥力，从而促进植物的生长。
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（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。
N2＋8e－＋8H＋＋28ATP
固氮酶 厌氧
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
（二）催化反应所需的能量及来源：
还原1分子N2为2NH3，共需28个ATP。
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 的植物。
谢 谢！
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 固氮微生物的三种固氮方式
联合固氮
三、生物固氮作用的机理
生物固氮作用
(Biological Nitrogen Fixation)
一、生物固氮的概念
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