生物固氮研究的前沿介绍(李季伦)

生物固氮研究的前沿介绍（李季伦）生物固氮研究的前沿介绍（李季伦）.#/3生物固氮研究的前沿介绍（李季伦）氮是组成生物的主要元素之一， 但分子态N2却不可以被生物+直接利用，只有氨态氮（NH4）才能掺入细胞内各种含氮的有机化合物中，此中包含重要的生物大分子—一蛋白质和核酸。动植物自己都没有将N2复原成NH3的能力，可是有些原核生物的细菌和古菌（并不是所有）却有这类能力，称为生物固氮。化学合成氨和生物固氮都是将N2复原成NH3。因为N分子之间是三键，即 N三N,键能高，需要很高的2能量才能将N三N翻开，化学合成氨一定在高温（350C）和高压（500大气压）并以Fe做催化剂时才能将N2加3H复原成2NH，2 … . 3不只耗费大批不行重生的能源，并且要在耐高温高压的设施中进行，成本高；生产过程中排出的大批CO，增添了温室效应。2别的，农业生产大批施用化学氮肥 （铵盐或尿素）会造成土壤板结，且被植物有效利用的还不到 40%，其他的有些在土壤中矿化固着，有些被土壤中的硝化细菌氧化成亚硝酸和硝酸，随水流入江河、湖泊和渗透地下水，造成水质污染；或在脱氮反硝化细菌的作用下开释出N?而回归大气中。 生物固氮也要耗费固氮菌氧化碳水化合物所产生的高能化合物，即 ATP，但这类反响是固氮菌细胞内的固氮酶在常温常压下催化达成的，是清洁的天然氮肥厂。固氮菌种类各异，在不一样的生态条件下，生活着不一样种类的固氮菌。有的可侵入豆科植物或某些非豆科树木的根部形成根瘤， 根瘤菌栖居在根瘤内，依赖宿主植物光合作用合成的可重生的能源将N2固定成氨，随即生成氨基酸，提供宿主植物以有机氮源，二者形成互利的共生关系，称为共生固氮。共生固氮的效率很高， 其固氮量可高达10—15公斤氮素/每亩/每年。所以种植豆科作物只要使用少许种肥，能够节约大批化学氮肥。可是共生固氮的宿主植物范围有限，非豆科的粮食作物（如水稻、小麦、玉米等禾本科植物 八棉花、大多数果树和蔬菜等，都没有与之共生的 固氮菌，只管在土壤中也自由生活着各式各种的固氮菌，但因为受各种要素（如土壤中缺乏可被利用的能源或含氮量较高等 ）的限制，它们的固氮效率不高，为植物供给的氮素极少， 特别是当土壤中含化合态氮 （如铵盐或硝酸盐）较高时，自生固氮菌便停止固氮，而利用土壤中存留的氮源进行生长生殖，并未增添土壤中的含氮量。在原始森林和草原的土壤中和大海里生活的 固氮菌，因为环境中含氮量图3 图3 根瘤菌由以上所介绍的生物固氮的知识，我们不由要问:第一、为何只有某些原核的细菌和古菌才能固氮，而真核的真菌和高等动植物都不可以固氮?当前己知这是不一样生物的遗传性决定的。凡是固氮菌都有与固氮相关的基因，特别是编图4固氮菌十分复杂并且诱人的，我热爱我的工作。图图4固氮菌十分复杂并且诱人的，我热爱我的工作。图5 一支注射针头在显微码固氮酶的基因；而不可以固氮的生物中没有这些基因。既然如此，为何不利用现代的生物技术向高等植物中转移固氮基因，使高等植物既能固碳（利用光能将H2O和CO2合成碳水化合物，）又能固氮，不再施用化学藏肥，岂不最即植物的光合作用好 ？第二、为何共生固氮菌的宿主植物范围仅限于豆科植物和某些非豆科树木？把宿主植物的范围扩大到其他植物， 特别是粮食作物中，使之也能共生固氮，不是能够大大降低化学氮肥的用量吗？第三、为何环境中有化合态氮时自生 固氮菌就停止固氮？把自生固氮菌改造成在外界有化合态氮时，也能固氮不是更好吗？第四、为何由固氮酶催化的 生物固氮能在常温常压下进行，而由Fe催化的化学合成氨却在高温高压下才能达成 ？可否模拟固氮酶用化学方法合成高效催化剂，使化学合成氨也在常温常压下达成？上述问题是生物固氮研究领域中的几个难问题，也向来是生物固氮研究的前沿课题，因为问题复杂，固然有些问题已被逐渐说明，但到现在仍未成为现实。相信跟着科技的不停发展和科学家们的孜孜以求，距离上述目标的实现将会愈来愈近。我有幸参加了生物固氮的研究，在固氮酶催化和固氮酶基因的表达以及固氮酶活性调理的体制方面，做了一些基础性的工作，到现在仍在努力不停学习和工作，因为 生物固氮的研究是氤茴科4属的主要性状镜下可察看到的细菌细粕大.郃问辱.生三快,有抱然,接触传阳性*DNA中G+C的克芬F含鱼为63〜61愉与固甘蔺弱的主饕国别是心地囊口DNA中G+C的克分手含量为53〜购需拜IE林克氏菌峭细胞小杼技,生长地,细胸两端有类