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1、实用文档探讨生物固氮在农业生产中的应用1、绪论氮是构成蛋白质和核酸的主要物质，是农业生产中必不可少的肥料。在大气中分子态氮约79%，不能为大多数生物（包括所有植物和动物）直接利用；而地球水圈和土壤含有相当数量的硝态氮，可绝大部分在海洋中，难以被生物有效利用，限制了生物体的发展。生物界氮素输入的最主要物质形式是大自然含量极低的氨态氮（铵离子），因此氨态氮的供应成为生物界繁荣发展的主要决定因素。自然界中，氨态氮的来源主要就是通过固氮作用（分子态氮被还原成氨及其他氮化物的过程称为固氮作用）。固氮作用有两种方式：一是非生物固氮，即通过闪电
2、﹑高温放电等现象固氮，这样形成的氮化物较少；二是生物固氮，即通过微生物的作用固氮，这样形成的氮化物占90%以上。1.1生物固氮的基本概念空气主要由氧气和氮气组成，其中氮气约占4/5。在自然界的千万种生物中，有一些生物能够直接吸收空气中的氮素作为养料，它们将分子态氮先还原成氨，再转化为氨基酸和蛋白质，这就叫生物固氮。1.2生物固氮的优点固氮量大 据联合国粮农组织(FAO)1995年估计,全球每年由生物固定的氮量接近2亿吨[1],相当于地球上每年固氮总量的70%。有利于生态环境保护 据调查,我国施用的化肥总量约占世界的35%。盲目过量
3、地生产和施用化肥,不仅容易引起水、土壤和大气等的污染,还容易使一些有害物质通过食物链进入人体,造成二次污染.相比之下,生物固氮则有利于生态环境的保护和农业的可持续发展.可以预测,生物固氮将是未来绿色农业的主要肥源之一。成本低 据预测,本世纪30年代我国人口将达到16亿,年需粮食约6.4亿吨,相应地需要投入尿素6400万吨左右。届时,为了满足粮食生产对氮肥的需要,至少需要新建年产30万吨的尿素厂100座[1]。大全实用文档建设这些化肥厂的投资无疑十分巨大,而且,在化肥厂投入运营后,还将消耗大量的不可再生资源(如石油)和电能。反应条件
4、温和 工业合成氨需要在高温高压下进行,生产工艺复杂。而生物固氮在常温常压的自然条件下即可进行。 此外,生物固氮还具有肥效持续时间长等优点。1.3自然界中三种生物固氮1.3.1自生固氮自生固氮微生物在土壤或培养基中生活时，可以自行固定空气中的分子态氮，对植物没有依存关系。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）。1.3.2共生固氮共生固氮微生物只有和植物互利共生时，才能固定空气中的分子
5、态氮。共生固氮微生物可以分为两类：一类是与豆科植物互利共生的根瘤菌，以及与桤木属、杨梅属和沙棘属等非豆科植物共生的弗兰克氏放线菌；另一类是与红萍（又叫做满江红）等水生蕨类植物或罗汉松等裸子植物共生的蓝藻。由蓝藻和某些真菌形成的地衣也属于这一类。1.3.3联合固氮有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能够生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根内的皮层细胞之间。这些固氮微生物和共生的植物之间具有一定的专一性，但是不形成根瘤那样的特殊结构。这些微生物还能够自行固氮，它们的固氮特点介于自生固氮和共生固氮之间，这种固氮形式叫做联合固氮。1.
6、4生物固氮的固氮原理及机制1.4.1固氮原理1982年，Postgate以肺炎克氏菌（Klebsiel-lapneumo-nlae，简称Kp）为例提出一个固氮酶催化机理模式，至今仍被广泛采用。其总反应式为：N2+8e-+8H++16Mg·ATP+16H2O→2NH3+H2+16Mg·ADP+16Pi大全实用文档固氮微生物的固氮过程是在细胞内固氮酶的催化作用下进行的。不同固氮微生物的固氮酶，其催化作用的情况基本相同。在固氮酶将N还原成NH3的过程中，需要e-和H+，还需要ATP提供能量。生物固氮的过程十分复杂，简单地说，即在ATP提
7、供能量的情况下，e-和H+通过固氮酶传递给N2，使它们还原成NH3，而乙炔和N2具有类似的接受e-还原成乙烯的能力。1.4.2固氮机制固氮生物虽然多种多样，但其固氮过程都需要固氮基因参与，固氮基因和固氮酶只存在于固氮菌体中，具有共生固氮特性的高等植物仅提供宿主条件，以使固氮效能能有效表达，通过遗传操作可以实现固氮基因在不同细菌之间转移。由此对固氮基因的位置、数目、结构和功能等方面有了深入了解。70年代末在放线菌中发现了弗兰氏菌与多种非豆科植物能共生结瘤并且有固氮效应，在被子植物中能与弗兰氏菌共生结瘤的非豆科植物皆为乔木或灌木等木本
8、植物，他们不仅具有强大的固氮能力，而且还具有抗干旱（如沙棘）、耐盐碱（如木麻黄），耐酸碱（如杨梅）和水湿（如赤杨）。目前已发现8科25属种非豆科植物能与弗兰氏菌共生结瘤固氮。2、国内外对生物固氮的研究现状2.1国外生物固氮的研究进展资料显示，199
