固氮菌1ppt课件
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢ 固氮酶两组分都对氧极敏感，并 随浓度的提高而更加敏感。在空 气中铁蛋白的半衰期为30~45秒， 钼铁蛋白的半衰期为10分钟。
固氮过程反应式：N2 + 6H+ + nMg-ATP
+6e-→2NH3+nMg-A. DP+nPi
5
No.1 以较强的呼吸作用迅速将固氮酶周 围环境中的氧消耗掉，使细胞周围处于低
固氧状氮态，菌保护是固氮好酶不氧受损菌伤。，固
氮需在严格的厌氧环 No.2 构象保护，即当固氮酶周围环境中 境中，这咋整 有过量氧时固氮酶能够与Mg2+和一种氧化
形式的2Fe-2S蛋白形成复合物而对氧不在 敏感，但此种状态的固氮酶无活性，当氧 被排除后则还原态的2Fe-2S蛋白从复合物 中解离而使固氮酶重新恢复活性。
2002年，俄罗斯莫斯科大学生化物理研究所的科研人员别尔佐娃
由获得了的欧洲科学院青年科学家奖，她成功地解释了固氮菌固
氮的机理。
.
4
固氮菌的固氮机理
➢ 固氮菌的本领在于它有一把“神 刀”——固氮酶，可以轻易地切断 束缚氮分子的化学键，分子氮还 原成氨，供植物利用。固氮酶是 由两种蛋白质组成的：一种含有 铁，叫做铁蛋白，另一种含铁和 钼Mo2+，称为钼铁蛋白。只有钼 铁蛋白和铁蛋白同时存在才具有 固氮的作用，其主要作用是电子 载体。
联合固氮菌：在固氮的细菌中有一类属于自由生活的类群，它们定殖 于植物根表（有的能侵入根表皮和外皮层的细胞间隙）和近根土壤中， 靠根系分泌物生存，繁延，与植物根系有密切的关系。但宿主植物并 不形成特异分化的结构。植物与细菌之间的这种共生关系称联合共生 固氮。这类固氮菌称联合固氮菌。
.
7
联合固氮菌的生活史
趋化性——很多联合固氮菌有极性鞭毛和周 生鞭毛，通过细菌鞭毛的旋转运动对根分泌 的有机酸、糖、氨基酸形成的梯度和低氧浓 度表现出趋化和化学激活现象。根际的细菌 向植物根际靠近。
结合——植物根表或根冠外覆盖着一层由多 糖类组成的粘质，联合固氮菌大多聚集在根 毛粘质部分。植物凝集素可能参与识别与结 合过程，而联合固氮菌产生的孢外多糖能与 凝集素结合，细菌表面存在凝集素专一识别 的糖结构。
.
10
固氮菌的应用及发展前景
✓ 开发固氮工程菌，液体发酵的方法生产生 物氮肥；
✓ 使固氮菌与小麦、水稻等作物形成共生关 系；
✓ 将固氮基因导入植株，使其在植物体内表 达。
.
11
固氮活性的测定是鉴别固氮生物固氮量或固氮效能大小的指标。
I. 最经典的测定技术是凯氏定氮法 II. 采用15N示踪法测定固氮量比凯式定氮法的灵敏度提高1000倍 III. 乙炔还原法测定固氮酶活性其灵敏度比15N还要1000倍
固氮酶除能将分子氮还原为氨外，还能催化一些具有N—N、N=O、C≡N以及 C≡C键化合物的还原，如将乙炔还原为甲烷等。用乙炔还原法测定固氮酶 活性，就是根据固氮酶作用底物的多样性。固氮酶还原C2H2形成C2H4，能 够用气相层析仪快速测定，简便而灵敏。这一固氮酶活性的间接测定法已 被广泛应用。
.
6
固氮菌的种类
共生固氮菌：在与植物（一般为豆科植物） 共生的情况下才能固氮或才能有效地固氮， 固氮产物氨可直接为共生体提供氮源。固 氮菌中名声最大的根瘤菌就属于这一类。
自生固氮菌：一些固氮菌，如圆褐固氮菌， 不住在植物体内，能自己从空气中吸收氮 气，繁殖后代，死后将遗体“捐赠”给植 物，让植物得到大量氮肥。这类固氮菌叫 自生固氮菌。
转化。
.
8
联合固氮菌的特性
1.联合固氮菌利用根系分泌物作为能源固氮，大部分固定的氮为自身利用不分 泌或分泌很少量的氮到体外。
2.联合固氮菌产生植物激素影响了宿主根的呼吸速率和代谢，也刺激了根毛和 次生根的形成，使根毛和次生根数量增加。
3.联合固氮菌在植物根定殖使宿主根的质子流增加从而刺激了宿主植物对矿物 质的吸收。
菌株。
1938年，C.H.维诺格拉茨基将生产孢囊的菌株（以褐色固氮菌为 代表）归属于固氮菌属，将不产生孢囊的菌株（以活泼固氮菌为 代表）归属于氮单孢菌属。
1950年，H.G.德克斯提出建立拜耶林克氏菌属，其主要特征是细 胞两端有折光性颗粒（类脂质）。
1960年，H.L.延森等提出建立德克斯氏菌属，包括生长在热带酸 性土壤中的种类。
水体富营养化
+=
土壤盐碱化
.
1
走近科学
张总®带你认识固氮菌
.
2
固氮菌
Azotobacter sp.
细菌的一科。菌体杆
状、卵圆形或球形，
无内生芽孢，革兰氏
染色阴性。严格好氧
性，有机营养型，能
固定空气中的氮素。
包括固氮菌属、氮单
孢菌属、拜耶林克氏
菌属和德克斯氏菌属。.
3
固氮菌的发现及研究进展
1901年，M.W.拜耶林克首先发现并描述了固氮菌，他定名的有2 个种：一是褐色固氮菌,常生存于中性或 碱性土壤中；一是活泼 固氮菌，常生存于水中。后来，各国学者相继分离出许多不同的
4.增强了根的抗病菌能力。内生固氮菌定殖在植物体内占据了植物上的生态位 点，使病原菌由于生存空间的限制而难以入侵和定殖，还可以与病原菌形成营 养竞争关系，使病原菌得不到营养而死亡。另一方面有些联合固氮菌能够分泌 氧污酸类或邻苯二酚等高铁载体，可以抑制土壤病院微生物的生长与繁殖。
.
9
联合固氮菌活性测定方法
入侵——有的联合固氮菌如Azospirillum通过次生根伸出的裂隙、伤口或已退 化的根毛进入植物组织内，定殖于表皮和皮层细胞的细胞间隙，有的甚至进
入中柱，定殖于维管束细胞。固氮细菌定殖于根组织内对联合固氮的双方都
是有益的，它降低了对底物的竞争。因为只有极少数菌能侵入根内，这导致
在根内定殖的是一些较高特异性的细菌群落，并且促进了根和菌Байду номын сангаас间的物质
固氮过程反应式：N2 + 6H+ + nMg-ATP
+6e-→2NH3+nMg-A. DP+nPi
5
No.1 以较强的呼吸作用迅速将固氮酶周 围环境中的氧消耗掉，使细胞周围处于低
固氧状氮态，菌保护是固氮好酶不氧受损菌伤。，固
氮需在严格的厌氧环 No.2 构象保护，即当固氮酶周围环境中 境中，这咋整 有过量氧时固氮酶能够与Mg2+和一种氧化
形式的2Fe-2S蛋白形成复合物而对氧不在 敏感，但此种状态的固氮酶无活性，当氧 被排除后则还原态的2Fe-2S蛋白从复合物 中解离而使固氮酶重新恢复活性。
2002年，俄罗斯莫斯科大学生化物理研究所的科研人员别尔佐娃
由获得了的欧洲科学院青年科学家奖，她成功地解释了固氮菌固
氮的机理。
.
4
固氮菌的固氮机理
➢ 固氮菌的本领在于它有一把“神 刀”——固氮酶，可以轻易地切断 束缚氮分子的化学键，分子氮还 原成氨，供植物利用。固氮酶是 由两种蛋白质组成的：一种含有 铁，叫做铁蛋白，另一种含铁和 钼Mo2+，称为钼铁蛋白。只有钼 铁蛋白和铁蛋白同时存在才具有 固氮的作用，其主要作用是电子 载体。
联合固氮菌：在固氮的细菌中有一类属于自由生活的类群，它们定殖 于植物根表（有的能侵入根表皮和外皮层的细胞间隙）和近根土壤中， 靠根系分泌物生存，繁延，与植物根系有密切的关系。但宿主植物并 不形成特异分化的结构。植物与细菌之间的这种共生关系称联合共生 固氮。这类固氮菌称联合固氮菌。
.
7
联合固氮菌的生活史
趋化性——很多联合固氮菌有极性鞭毛和周 生鞭毛，通过细菌鞭毛的旋转运动对根分泌 的有机酸、糖、氨基酸形成的梯度和低氧浓 度表现出趋化和化学激活现象。根际的细菌 向植物根际靠近。
结合——植物根表或根冠外覆盖着一层由多 糖类组成的粘质，联合固氮菌大多聚集在根 毛粘质部分。植物凝集素可能参与识别与结 合过程，而联合固氮菌产生的孢外多糖能与 凝集素结合，细菌表面存在凝集素专一识别 的糖结构。
.
10
固氮菌的应用及发展前景
✓ 开发固氮工程菌，液体发酵的方法生产生 物氮肥；
✓ 使固氮菌与小麦、水稻等作物形成共生关 系；
✓ 将固氮基因导入植株，使其在植物体内表 达。
.
11
固氮活性的测定是鉴别固氮生物固氮量或固氮效能大小的指标。
I. 最经典的测定技术是凯氏定氮法 II. 采用15N示踪法测定固氮量比凯式定氮法的灵敏度提高1000倍 III. 乙炔还原法测定固氮酶活性其灵敏度比15N还要1000倍
固氮酶除能将分子氮还原为氨外，还能催化一些具有N—N、N=O、C≡N以及 C≡C键化合物的还原，如将乙炔还原为甲烷等。用乙炔还原法测定固氮酶 活性，就是根据固氮酶作用底物的多样性。固氮酶还原C2H2形成C2H4，能 够用气相层析仪快速测定，简便而灵敏。这一固氮酶活性的间接测定法已 被广泛应用。
.
6
固氮菌的种类
共生固氮菌：在与植物（一般为豆科植物） 共生的情况下才能固氮或才能有效地固氮， 固氮产物氨可直接为共生体提供氮源。固 氮菌中名声最大的根瘤菌就属于这一类。
自生固氮菌：一些固氮菌，如圆褐固氮菌， 不住在植物体内，能自己从空气中吸收氮 气，繁殖后代，死后将遗体“捐赠”给植 物，让植物得到大量氮肥。这类固氮菌叫 自生固氮菌。
转化。
.
8
联合固氮菌的特性
1.联合固氮菌利用根系分泌物作为能源固氮，大部分固定的氮为自身利用不分 泌或分泌很少量的氮到体外。
2.联合固氮菌产生植物激素影响了宿主根的呼吸速率和代谢，也刺激了根毛和 次生根的形成，使根毛和次生根数量增加。
3.联合固氮菌在植物根定殖使宿主根的质子流增加从而刺激了宿主植物对矿物 质的吸收。
菌株。
1938年，C.H.维诺格拉茨基将生产孢囊的菌株（以褐色固氮菌为 代表）归属于固氮菌属，将不产生孢囊的菌株（以活泼固氮菌为 代表）归属于氮单孢菌属。
1950年，H.G.德克斯提出建立拜耶林克氏菌属，其主要特征是细 胞两端有折光性颗粒（类脂质）。
1960年，H.L.延森等提出建立德克斯氏菌属，包括生长在热带酸 性土壤中的种类。
水体富营养化
+=
土壤盐碱化
.
1
走近科学
张总®带你认识固氮菌
.
2
固氮菌
Azotobacter sp.
细菌的一科。菌体杆
状、卵圆形或球形，
无内生芽孢，革兰氏
染色阴性。严格好氧
性，有机营养型，能
固定空气中的氮素。
包括固氮菌属、氮单
孢菌属、拜耶林克氏
菌属和德克斯氏菌属。.
3
固氮菌的发现及研究进展
1901年，M.W.拜耶林克首先发现并描述了固氮菌，他定名的有2 个种：一是褐色固氮菌,常生存于中性或 碱性土壤中；一是活泼 固氮菌，常生存于水中。后来，各国学者相继分离出许多不同的
4.增强了根的抗病菌能力。内生固氮菌定殖在植物体内占据了植物上的生态位 点，使病原菌由于生存空间的限制而难以入侵和定殖，还可以与病原菌形成营 养竞争关系，使病原菌得不到营养而死亡。另一方面有些联合固氮菌能够分泌 氧污酸类或邻苯二酚等高铁载体，可以抑制土壤病院微生物的生长与繁殖。
.
9
联合固氮菌活性测定方法
入侵——有的联合固氮菌如Azospirillum通过次生根伸出的裂隙、伤口或已退 化的根毛进入植物组织内，定殖于表皮和皮层细胞的细胞间隙，有的甚至进
入中柱，定殖于维管束细胞。固氮细菌定殖于根组织内对联合固氮的双方都
是有益的，它降低了对底物的竞争。因为只有极少数菌能侵入根内，这导致
在根内定殖的是一些较高特异性的细菌群落，并且促进了根和菌Байду номын сангаас间的物质