什么是氮气的固定?

来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/06 05:33:33
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生物固氮系统
具有生物固氮能力的仅限于原核生物,即细菌和蓝绿藻.有些固氮微生物,如蓝绿藻自生于陆地或水域生态系统中,其他则群生于寄生植物的根际,其中对高等植物最为重要的有与豆科植物或结瘤的非豆科植物共生的固氮微生物.在陆地生态系统中主要有三种固氮体系,即共生固氮、联合固氮和自生固氮体系.三种固氮体系中,能源和固氮能力都存在明显差异.共生体系由于固氮微生物直接从寄主植物获得碳水化合物作为固氮能源,其固氮能力最强.豆科(Leguminosae)植物近2000个种中约有15%具有共生固氮系统,其中近300种豆科植物中有90%与根瘤菌共生形成根瘤.如大豆、蚕豆、三叶草、苜蓿与根瘤菌的共生,是农业中最重要的共生体系.在森林和林地中有8个科23个属的植物与固氮微生物形成共生体系.如赤杨属(Alnus)和蓟木属(Ceanothus)与放线菌之间形成结瘤共生体系.这些非豆科植物是缺氮土壤的先锋植物.
豆科植物根上的根瘤是由于根瘤菌侵入根部后形成的,根瘤是固氮的场所.根瘤菌侵入寄主的过程很复杂.在根瘤菌入侵寄主根毛或表皮细胞之前,土壤中的根瘤菌是一种不能运动的小球菌(图5-19).由于植物根分泌物(氨基酸、维生素)的影响,这些小球菌产生鞭毛,具有移动侵入寄主的能力.根瘤菌在根表面分泌某种未知物质(分子)使根毛弯曲.这种物质的分泌受到根释放成分(如类黄酮)的促进.此后,根瘤菌分泌酶溶解根毛细胞壁,根瘤菌随即由此处侵入根毛,根毛形成侵染丝(infectionthread).根瘤菌在侵染丝中大量繁殖随侵染丝进入皮层.根瘤菌被释放到皮层细胞质中,刺激细胞的分裂和生长形成根瘤(root nodule)(图5-19).根瘤中大部分为含有根瘤菌的四倍体细胞,只有少部分为未被侵染的二倍体细胞.成熟根瘤中的根瘤菌失去鞭毛而成为不能移动的类菌体(bacteriod),一个典型的根瘤细胞中通常含有数千个类菌体,这些类菌体在细胞内聚成一个个小群体,每个小群体有数个类菌体组成(大豆根瘤中为4～6个).每群体外面有一层膜包着,此膜称为类菌体外周膜(peribacteroid membrane),在此膜与类菌体之间的空间称为类菌体外周空间(peribacteriodspace).在类菌体外周膜以外的细胞质中存在着豆血红蛋白(leghemoglobin).此蛋白含有红色的血红素基团(hemegroup).据认为豆血红蛋白的作用是为类菌体在严格控制的条件下供应氧.因为类菌体的呼吸作用需要氧,但过多的氧则会抑制催化氮素固定的固氮酶的活性.

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