Fixace dusíku
Fixace dusíku , nebo fixace dusíku , - fixace molekulárního atmosférického dusíku , diazotrofie . Proces obnovy molekuly dusíku a její zařazení do složení její biomasy prokaryotickými mikroorganismy . Nejdůležitější zdroj dusíku v biologickém cyklu. V suchozemských ekosystémech jsou fixátory dusíku lokalizovány především v půdě .
Biochemie
Atomy v molekule dusíku jsou vázány silnou trojnou kovalentní vazbou , proto za normálních podmínek bez použití katalyzátorů prakticky nevstupuje do oxidačně-redukčních reakcí a nemohou být využívány rostlinami a živočichy. Mikroorganismy využívají k obnově dusíku celou řadu enzymů ( feredoxin , hydrogenáza ), z nichž nejdůležitější je dusíkatá . Za jeho syntézu jsou zodpovědné takzvané nif geny, které jsou rozšířené u prokaryot (včetně archaebakterií ), ale nenacházejí se u eukaryot . Proces fixace dusíku je energeticky značně náročný, na asimilaci 1 molekuly dusíku je potřeba minimálně 12 molekul ATP , tedy na použití 1 mg dusíku anaerobní mikroorganismy potřebují asi 500 mg sacharózy .
Kyslíková ochrana
Nitrogenáza je blokována molekulárním kyslíkem , takže fixace dusíku je primárně anaerobní proces. Řada aerobních bakterií však vyvinula mechanismy k ochraně dusíkaté látky před blokováním:
- Mechanismus zvýšeného dýchání. Azotobacter chroococcum , při fixaci dusíku, oxiduje část organické hmoty bez ukládání uvolněné energie, ale pouze odstraněním kyslíku.
- Mechanismus lokalizace fixace dusíku v heterocystách je charakteristický pro sinice schopné fotosyntézy za uvolňování kyslíku. K ochraně dusíkaté látky před kyslíkem mají speciální buňky zbavené chlorofylu – heterocysty. Fixace dusíku jsou schopné i některé sinice, které netvoří heterocysty . Vláknitá sinice Plectonema boryanum fixuje dusík za mikroaerobních podmínek (obsah kyslíku 1,5 % ve tmě a 0,5 % kyslíku na světle), fixace dusíku jsou schopné vláknité sinice Symploca a Lyngbya majuscula a také jednobuněčné sinice rodů Gloeothece a Cyanothece . při absenci osvětlení.
- Symbiotický obranný mechanismus je charakteristický pro nodulové bakterie . Kořeny luštěnin produkují legoglobin , který působí jako ochrana před přebytkem kyslíku.
Ekologické aspekty fixace dusíku
Existují tři typy fixace dusíku:
- Volně žijící bakterie široké škály taxonomických skupin.
- Asociativní fixace dusíku bakteriemi, které jsou v těsném spojení s rostlinami (v kořenové zóně nebo na povrchu listů) a využívají jejich (rostlinné) sekrety (kořenové sekrety tvoří až 30 % produkce fotosyntézy) jako zdroj organické hmoty . Fixátory dusíku žijí ve střevech mnoha zvířat. (přežvýkavci, hlodavci, termiti) a lidé (rod Escherichia ).
- Symbiotická. Nejznámější je symbióza nodulových bakterií (čeleď Rhizobiaceae ) s nahosemennými rostlinami . Obvykle dochází k infekci kořenů, ale je známo, že rostliny tvoří uzliny na stoncích a listech.
Vytvořena bakteriální hnojiva (například nitragin ) pro očkování (infekci) kmeny nodulových bakterií semen luštěnin, což zvyšuje jejich výnos. Pro stimulaci procesů fixace dusíku je také užitečné zavádět do půdy malé „startovací“ dávky dusíkatých hnojiv , zatímco jejich velké dávky proces potlačují.
Historie studia
První diazotrofní bakterie izoloval S. N. Vinogradsky v roce 1898 a pojmenoval je Clostridium pasterianum po Louisi Pasteurovi . V roce 1901 Beijerinck izoloval první aerobní fixátor dusíku , Azotobacter chroococcum . S. P. Kostychev v roce 1926 na příkladu Azotobacter a tabákových rostlin prokázal existenci asociativní fixace dusíku.
Viz také
Literatura
- Umarov M. M., Kurakov A. V., Stepanov A. L. Mikrobiologická transformace dusíku v půdě. — M.: GEOS, 2007. ISBN 5-89118-315-7
Odkazy
 Slovníky a encyklopedie | |
|---|---|
| V bibliografických katalozích |
|