Азотфиксация


Азотфиксация

Азотфикса́ция, или азотофиксация — фиксация молекулярного атмосферного азота, диазотрофия. Процесс восстановления молекулы азота и включения её в состав своей биомассы прокариотными микроорганизмами. Важнейший источник азота в биологическом круговороте. В наземных экосистемах азотфиксаторы локализуются в основном в почве.

Содержание

Биохимия

Атомы в молекуле азота связаны прочной тройной ковалентной связью, из-за чего он практически не вступает в реакции окисления-восстановления в нормальных условиях без применения катализаторов и не может использоваться растениями и животными. Микроорганизмы для восстановления азота используют целую серию ферментов (ферредоксин, гидрогеназа), важнейшим из которых является нитрогеназа. За её синтез ответственны так называемые nif-гены, широко распространенные у прокариот (в том числе архебактерий), но не встречающиеся у эукариот. Процесс азотфиксации достаточно энергоёмкий, для ассимиляции 1 молекулы азота требуется не менее 12 молекул АТФ, то есть для использования 1 мг азота анаэробным микроорганизмам требуется около 500 мг сахарозы.

Защита от кислорода

Нитрогеназа блокируется молекулярным кислородом, поэтому азотфиксация в основном анаэробный процесс. Однако ряд аэробных бактерий выработал механизмы защиты нитрогеназы от блокирования:

  • Механизм повышенного уровня дыхания. Azotobacter chroococcum при азотфиксации окисляет часть органического вещества, не запасая выделившейся энергии, а только лишь удаляя этим кислород.
  • Механизм локализации азотфиксации в гетероцистах характерен для цианобактерий, способных к фотосинтезу с выделением кислорода. Для защиты нитрогеназы от кислорода они имеют особые, лишенные хлорофилла клетки - гетероцисты. Некоторые цианобактерии, не образующие гетероцисты, также способны к азотфиксации. Нитчатая цианобактерия Plectonema boryanum фиксирует азот в микроаэробных условиях (1.5% содержания кислорода в темноте и 0.5% кислорода на свету), нитчатые цианобактерии Symploca и Lyngbya majuscula, а также одноклеточные цианобактерии родов Gloeothece и Cyanothece способны к азотфиксации при отсутствии освещения.
  • Механизм симбиотической защиты характерен для клубеньковых бактерий. В корнях бобовых продуцируется легоглобин, выполняющий функции защиты от избытка кислорода.

Экологические аспекты азотфиксации

Различают три типа азотфиксации:

  • Свободноживущими бактериями самых разнообразных таксономических групп.
  • Ассоциативная азотфиксация бактериями, находящимися в тесной связи с растениями (в прикорневой зоне или на поверхности листьев) и использующие их выделения (корневые выделения составляют до 30 % продукции фотосинтеза) как источник органического вещества. Азотфиксаторы живут в кишечнике многих животных (жвачные, грызуны, термиты) и человека (род Escherichia).
  • Симбиотическая. Наиболее известен симбиоз клубеньковых бактерий (сем. Rhizobiaceae) с бобовыми растениями. Обычно происходит корневое заражение, но известны растения, образующие клубеньки на стеблях и листьях.

Созданы бактериальные удобрения (например, нитрагин) для инокуляции (заражения) штаммами клубеньковых бактерий семян бобовых культур, что увеличивает их урожайность. Также для стимулирования процессов азотфиксации полезно вносить в почву небольшие «стартовые» дозы азотных удобрений, в то время как большие их дозы подавляют процесс.

История изучения

Первые диазотрофные бактерии были выделены С. Н. Виноградским в 1898 году и названы в честь Луи Пастера Clostridium pasterianum. В 1901 Бейеринк выделил первый аэробный азотфиксатор Azotobacter chroococcum. С. П. Костычев в 1926 на примере азотобактера и растений табака показал существование ассоциативной азотфиксации.

См. также

Литература

  • Умаров М. М., Кураков А. В., Степанов А. Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. — М.: ГЕОС, 2007. ISBN 5-89118-315-7

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Синонимы:

Смотреть что такое "Азотфиксация" в других словарях:

  • азотфиксация — азотфиксация …   Орфографический словарь-справочник

  • АЗОТФИКСАЦИЯ — связывание молекулярного азота атмосферы и перевод его в азотистые соединения. Биологическая азотфиксация осуществляется клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с высшими растениями (симбиотическая азотфиксация), а также свободноживущими… …   Большой Энциклопедический словарь

  • АЗОТФИКСАЦИЯ — АЗОТФИКСАЦИЯ, включение азота воздуха в соединение, доступное для использования растениями и другими организмами. Биологическая азотфиксация осуществляется азотфиксирующими микроорганизмами, многие из которых живут в симбиозе с высшими растениями …   Современная энциклопедия

  • Азотфиксация — АЗОТФИКСАЦИЯ, включение азота воздуха в соединение, доступное для использования растениями и другими организмами. Биологическая азотфиксация осуществляется азотфиксирующими микроорганизмами, многие из которых живут в симбиозе с высшими растениями …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • АЗОТФИКСАЦИЯ — см. в ст. Фиксация азота. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989. Азотфиксация усвоение организмами азота и включение его з азотистые соединения. Осущест …   Экологический словарь

  • АЗОТФИКСАЦИЯ — АЗОТФИКСАЦИЯ, в биологии связывание атмосферного азота в химические соединения для потребления живыми организмами. Азотфиксирующие микроорганизмы (главным образом, БАКТЕРИИ и ЦИАНОБАКТЕРИИ) погдощают азот из воздуха, почвы или из воды и… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • АЗОТФИКСАЦИЯ — биологическая, усвоение мол. азота воздуха азотфиксируюшими бактериями с образованием соединений азота, доступных для использования др. организмами. Один из важнейших процессов в круговороте азота в природе; показатель плодородия почвы. А.… …   Биологический энциклопедический словарь

  • азотфиксация — ДИАЗОТРОФЙЯ – усвоение молекулярного азота воздуха азотфиксирующими прокариотными организмами с образованием соединений азота, доступных для использования др. организмами. Осуществляется как свободноживущими азотфиксирующими бактериями… …   Словарь микробиологии

  • азотфиксация — сущ., кол во синонимов: 2 • азотофиксация (1) • усвоение (29) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • АЗОТФИКСАЦИЯ — Процесс химического превращения атмосферного газообразного азота в нитраты или аммиак, которые могут использоваться растениями для синтеза аминокислот и других азотсодержащихорганических молекул Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 …   Словарь бизнес-терминов

  • азотфиксация — Усвоение молекулярного атмосферного азота микроорганизмами. [ГОСТ 20432 83] Тематики удобрения …   Справочник технического переводчика