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即自养型(无机营养型)

发布时间:2020-09-05 00:27    本文被阅读 :115 次

  生物氮素5.反硝化作用微生物还原硝酸盐,释放出分子态氮和一氧化二氮的过程称为反硝化作用。反硝化作用一般只在厌氧条件下进行。

  微生物分解含氮有机物产生氨的过程称为氨化作用。含氮有机物的种类很多,主要是蛋白质尿素、尿酸和壳多糖等。

  氮素循环包括许多转化作用,包括空气中的氮气被微生物及微生物与植物的共生体固定成氨态氮,并转化成有机氮化物;存在于植物和微生物体内的氮化物被动物食用,并在动物体内被转变为动物蛋白质;当动植物和微生物的尸体及其排泄物等有机氮化物被各种微生物分解时,又以氨的形式释放出来;氨在有氧的条件下,通过硝化作用氧化成硝酸,生成的铵盐和硝酸盐可被植物和微生物吸收利用;在无氧条件下,硝酸盐可被还原成为分子态氮返回大气中,这样氮素循环完成。氮素循环包括微生物的固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及植物和微生物的同化作用。

  氮素是核酸及蛋白质的主要成分,是构成生物体的必需元素。虽然大气体积中约有78%是分子态氮,但所有植物、动物和大多数微生物都不能直接利用。初级生产者植物需要的铵盐、硝酸盐等无机氮化物,在自然界中为数不多,是初级生产者最主要的生长限制因子。只有将分子态氮进行转化和循环,才能满足植物体对氮素营养的需要。因此氮素物质的相互转化和不断地循环,在自然界十分重要。

  生物氮素是对传统农副产品运用现代生物技术进行生物发酵处理后再经精制、烘干、粉碎等一系列工序后制得的生物制品,是一种新型工业氮源。

  植物除了从土壤中吸收水分外,还要从中吸收各种矿质元素和氮素,以维持正常的生命活动。植物吸收的这些元素,有的作为植物体的组成成分,有的参与调节生命活动,有的兼有这两种功能。通常把植物对矿质和氮素的吸收、转运和同化以及矿质和氧素在生命活动中的作用称为植物的矿质和氮素营养。人们对植物的矿质与氮素营养的认识,经过了漫长的实践探索,到19世纪中叶才被基本确定。第一个用实验方法探索植物营养来源的是荷兰人凡·海尔蒙(见绪论)。其后,格劳勃(Glauber,1650)发现,向土壤中加入硝酸盐能使植物产量增加,于是他认为水和硝酸盐是植物生长的基础。1699年,英国的伍德沃德(Woodward)用雨水、河水、山泉水、自来水和花园土的水浸提液培养薄荷,发现植株在河水中生长比在雨水中好,而在土壤浸提液中生长最好。据此他得出结论!构成植物体的不仅是水,还有土壤中的一些特殊物质。瑞士的索苏尔(1804)报告!若将种子种在蒸馏水中,长出来的植物不久即死亡,它的灰分含量也没有增加;若将植物的灰分和硝酸盐加入蒸馏水中,植物便可正常生长。这证明了灰分元素对植物生长的必需性。1840年德国的李比希(J。Liebig)建立了矿质营养学说,并确立了土壤供给植物无机营养的观点。布森格(J·Boussingault)进一步在石英砂和木炭中加入无机化学药品培养植物,并对植物周围的气体作定量分析,证明碳、氢、氧是从空气和水中得来,而矿质元素是从土壤中得来。1860年诺普(Knop)和萨克斯(Sachs)用已知成分的无机盐溶液培养植物获得成功,自此探明了植物营养的根本性质,即自养型(无机营养型)。

  氨化作用在农业生产上十分重要,施入土壤中的各种动植物残体和有机肥料,包括绿肥、堆肥和厩肥等都富含含氮有机物,它们须通过各类微生物的作用,尤其须先通过氨化作用才能成为植物能吸收和利用的氮素养料。

  生物氮素-氮素代谢nitrogenmetabolism 氮素及含氮的活体物质的同化、异化和排泄,总称为氮素代谢。

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  上的分子态氮,只能由微生物的话性而固定成氮化物。能够固氮的微生物,均为原核生物,主要包括细菌、放线菌和蓝细菌。在固氮生物中,贡献最大的是与豆科植物疫面而瘤菌属,其次是与非豆科植物共生的放线菌弗兰克氏菌属,再次是各种蓝组菌,最后是一些自生固氮菌。化学固氮曾为农业生产仔万于巨大的贡献,但是,它的生产需要高温条件和高压设备,材料和能源消耗过大,因此产品价格高且不断上涨。对自然界氮素循环中的因氮作用具有决定意义的是生物固氮作用。

  氮素是构成生物体的另一种必需元素自然界中的氮素循环包括许多转化作用。空气中的氮气被固氮微生物及植物与微生物的共生体固定成氨态氮,经过硝化微生物的作用转化成硝态氮,后者被植物或微生物同化成有机氮化物。动物食用含氮的植物,又转变成动物体内的蛋白质。动物、植物、微生物的尸体及排泄物被微生物分解后,又以氨的形式释放出来,这种过程叫做氨化作用。由硝化菌产生的硝酸盐在无氧条件下被一些微生物还原成为氮气,重新回到大气中,开始新的氮素循环。微生物在氮素循环中的几种作用归纳为:固氮作用、硝化作用、同化作用、氨化作用和反硝化作用。

  生物氮素作为发酵工业的新型氮源,主要作用是取代发酵工业中的传统氮源,具有降低成本,提高产量的功效,可广泛应用于生物制药、酶制剂工业、有机酸发酵工业、食品添加剂发酵工业。

  反硝化作用是造成土壤氮素损失的重要原因之一。在农业上常采用中耕松土的办法,以抑制反硝化作用。但从整个氮素循环来说,反硝化作用还是有利的,否则自然界氮素循环将会中断,硝酸盐将会在水体中大量积累,对人类的健康和水生生物的生存造成很大的威胁。

  植物一般吸收氨盐或硝酸盐等无机氮化合物,硝酸盐要一经被还原为氨盐或至与氨盐有关的阶段之后,便用于氨基酸和蛋白质的合成。相反,动物只能用氨基酸或蛋白质等有机氮化合物作为氮源,否则就不能利用。动物以体内吸收的氨基酸等为素材,合成本身固有的蛋白质。这种把外界的氮素成分变成生物体的构成物质的过程,称为氮素同化。可是对植物来说,正像叶面喷洒尿素所看到的那样,它们并不是没有利用有机氮的能力。细菌等大部分微生物也能利用化合态氮素,但也有的能固定游离氮素。植物把硝酸盐还原成为氨盐过程的最初阶段,是靠硝酸还原酶的作用。A.Nason和H.J.Evans等人已经阐明这种酶含有Mo和FAD。这种酶在真菌类(链孢霉等)中也有所发现。可是在这些真菌类的硝酸还原中却存在有另外一种机制,硝酸还原的生理意义,除了作为蛋白质的合成途径外,还起着一种无氧呼吸(硝酸呼吸,即以硝酸代替氧,形成末端电子受体)的作用。有些细菌并不把硝酸还原成为氨以氮素形态释放出来,而是表现脱氮作用,另外,同样在土壤中,有些细菌也能把氨盐或亚硝酸盐氧化成为硝酸盐而进行硝化作用(硝化细菌)。由氨到氨基酸的合成途径是由谷氨酸脱氢酶把氨与α-酮戊二酸进行还原而生成谷氨酸。一般认为这是由氨到氨基酸生成的主要途径,由谷氨酰胺合成酶与谷氨酸合成酶把氨合成为谷氨酸的生成途径也已经明确。如进而在生成的谷氨酸与丙酮酸间进行氨基转移,就可生成各种氨基酸。另一方面,氨基酸在生物体内也因受到水解和氧化还原所进行的脱氨基反应而被分解。某些厌氧性细菌就能在两种氨基酸之间进行相互的氧化还原(Stickland′sreaction)。细菌尤其是腐败细菌能使氨基酸脱羧而生成胺。氨基酸因脱氨基分解生成的氨,在植物以谷氨酰胺或天冬酰氨的形态积存于体内,动物则以氨或转化成为尿酸、尿素排出体外。

  矿质和氮素营养对植物生长发育非常重要,了解矿质和氮素的生理作用、植物对矿质和氮素的吸收转运以及氮素的同化规律,可以用来指导合理施肥,增加作物产量和改善品质。

  生物氮素3.硝化作用微生物将氨氧化成硝酸盐的过程称为硝化作用。硝化作用分两个阶段进六,第一个阶段是氨被氧化为亚硝酸盐,靠亚硝化细菌完成,主要有亚硝化单胞菌属、亚硝化叶菌属等的一些种类。第二阶段是亚硝酸盐被氧化为硝酸盐,靠硝化细菌完成,主要有硝化杆菌属、硝化刺菌属和硝化球菌属的一些种类。硝化作用在自然界氮素循环中是不可缺少的一环,但对农业生产并无多大利益。

  分子态氮被还原成氨或其他氮化物的过程称为固氮作用。自然界氮的固定有两种方式,一是非生物固氮,即通过雷电、火山爆发和电离辐射等因氮,此外还包括人类发明的以铁作催化剂,在高温(500℃)、高压(30。3975MPa)下的化学固氮,非生物固氮形成的氮化物很少。二是生物固氮,即通过微生物的作用固氮,大气中90%以

  铵盐和硝酸盐是植物和微生物良好的无机氮类营养物质,它们可被植物和微生物吸收利用,合成氨基酸、蛋白质、核酸和其他含氮有机物。

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