Nitrogén rögzítés
Nitrogénkötés , vagy nitrogénkötés , - molekuláris légköri nitrogén rögzítése , diazotrófia . A nitrogénmolekula helyreállításának és biomassza összetételének a prokarióta mikroorganizmusok általi beépítésének folyamata . A biológiai körforgás legfontosabb nitrogénforrása. A szárazföldi ökoszisztémákban a nitrogénmegkötők elsősorban a talajban találhatók .
Biokémia
A nitrogénmolekulában lévő atomokat erős hármas kovalens kötés köti össze, ezért normál körülmények között katalizátor nélkül gyakorlatilag nem lép oxidációs-redukciós reakciókba , növények és állatok nem tudják hasznosítani. A mikroorganizmusok egy sor enzimet használnak a nitrogén helyreállítására ( ferredoxin , hidrogenáz ), amelyek közül a legfontosabb a nitrogenáz . Szintéziséért az úgynevezett nif gének felelősek, amelyek a prokariótákban (beleértve az archaebaktériumokat is) elterjedtek, de az eukariótákban nem találhatók meg . A nitrogénkötés folyamata meglehetősen energiaigényes, 1 molekula nitrogén asszimilációjához legalább 12 molekula ATP szükséges , azaz 1 mg nitrogén felhasználásához az anaerob mikroorganizmusok körülbelül 500 mg szacharózt igényelnek .
Oxigénvédelem
A nitrogenázt a molekuláris oxigén blokkolja , így a nitrogénkötés elsősorban anaerob folyamat. Számos aerob baktérium azonban kifejlesztett olyan mechanizmusokat, amelyek megvédik a nitrogenázt a blokkolástól:
- A fokozott légzés mechanizmusa. Az Azotobacter chroococcum a nitrogénkötés során a felszabaduló energia tárolása nélkül oxidálja a szerves anyagok egy részét, csak az oxigén eltávolításával.
- A heterocisztákban a nitrogénkötés lokalizációjának mechanizmusa az oxigén felszabadulásával fotoszintézisre képes cianobaktériumokra jellemző . A nitrogenáz oxigéntől való védelme érdekében speciális sejtjeik vannak, amelyek nem tartalmaznak klorofillt - heterociszták. Egyes cianobaktériumok, amelyek nem képeznek heterocisztákat , szintén képesek nitrogénkötésre. A Plectonema boryanum fonalas cianobaktérium mikroaerob körülmények között köti meg a nitrogént (1,5% oxigéntartalom sötétben és 0,5% oxigén fényben), a fonalas cianobaktériumok Symploca és Lyngbya majuscula , valamint a Cyanothece és a Gloenifixation capable nemzetség egysejtű cianobaktériumai megvilágítás hiányában.
- A szimbiotikus védekezési mechanizmus a csomóbaktériumokra jellemző . A hüvelyesek gyökerei legoglobint termelnek , amely védelmet nyújt a felesleges oxigén ellen.
A nitrogénkötés ökológiai vonatkozásai
A nitrogénkötésnek három típusa van:
- Különféle taxonómiai csoportok szabadon élő baktériumai.
- A növényekkel szoros kapcsolatban lévő (a gyökérzónában vagy a levelek felszínén) lévő baktériumok asszociatív nitrogénmegkötése, amelyek (növényi) váladékukat (a gyökérváladék a fotoszintézis termelés 30%-át teszik ki) szerves anyag forrásként hasznosítják. . A nitrogénfixálók számos állat belében élnek. (kérődzők, rágcsálók, termeszek) és emberekEscherichia nemzetség ).
- Szimbiotikus. A legismertebb a csomóbaktériumok ( Rhizobiaceae család ) és a hüvelyes növények szimbiózisa . Gyökérfertőzés általában előfordul, de a növényekről ismert, hogy csomókat képeznek a száron és a leveleken.
Bakteriális műtrágyákat (például nitragin ) hoztak létre hüvelyesek magvak gócbaktériumtörzseivel való beoltáshoz (fertőzéshez), ami növeli a hozamukat. A nitrogénmegkötési folyamatok serkentése érdekében célszerű kis „induló” nitrogénműtrágya adagokat juttatni a talajba, míg nagy adagjaik elnyomják a folyamatot.
Tanulmánytörténet
Az első diazotróf baktériumokat S. N. Vinogradsky izolálta 1898 -ban , és Louis Pasteur után Clostridium pasterianumnak nevezte el . 1901- ben Beijerinck izolálta az első aerob nitrogénfixálót , az Azotobacter chroococcumot . S. P. Kostychev 1926 - ban az Azotobacter és a dohánynövények példájával kimutatta az asszociatív nitrogénkötés létezését.
Lásd még
Irodalom
- Umarov M. M., Kurakov A. V., Stepanov A. L. A nitrogén mikrobiológiai átalakulása a talajban. — M.: GEOS, 2007. ISBN 5-89118-315-7
Linkek
 Szótárak és enciklopédiák | |
|---|---|
| Bibliográfiai katalógusokban |
|