
【化】 Azobacter
nitrogen-fixing bacteria
【化】 azotobacteria
be similar to; genus; kind; species
【医】 group; para-; race
固氮菌类(Diazotrophs)是能够通过生物固氮作用将大气中的氮气(N₂)转化为氨(NH₃)或其他可利用氮化合物的微生物类群。该术语在汉英词典中对应英文"Diazotrophs",源自希腊语"diazo"(含氮)和"troph"(营养)。以下为科学角度的详细解析:
生物学定义与分类
固氮菌类包含原核生物中的细菌和古菌,主要分布于变形菌门、厚壁菌门等类群。自由生存型代表如固氮菌属(Azotobacter),共生型如根瘤菌属(Rhizobium)与豆科植物形成根瘤结构。厌氧型固氮菌如巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)则依赖无氧环境完成固氮。
作用机制
该类微生物依赖固氮酶复合体(nitrogenase)催化反应:
$$
N₂ + 8H^+ + 8e^- + 16ATP → 2NH₃ + H₂ + 16ADP + 16Pi
$$
该过程需严格厌氧环境,部分菌株通过形成特殊细胞结构(如蓝藻的异形胞)维持酶活性。
生态与经济价值
全球每年生物固氮量达1.7×10⁸吨,相当于工业合成氨产量的65%。在农业系统中,接种根瘤菌可使大豆增产10-30%。近年研究发现深海沉积物中的固氮菌类对海洋氮循环有关键贡献。
基因组特征
固氮菌类普遍携带包含nifHDK基因的固氮岛(nif island),其中nifH基因编码固氮酶铁蛋白亚基。比较基因组学研究表明,该基因簇在进化过程中通过水平基因转移在不同菌种间传播。
固氮菌类是一类能够将大气中的氮气(N₂)转化为植物可利用氮化合物的微生物,在自然界氮循环和农业生态中具有重要作用。以下是综合解释:
固氮菌属于细菌的一科,菌体形态多为杆状、卵圆形或球形,无内生芽孢,革兰氏染色阴性。它们严格好氧(部分可适应厌氧环境),通过有机营养获取能量,能将空气中的氮气转化为氨或其他氮化物,供植物吸收。
根据与植物的关系,固氮菌可分为三类:
固氮菌通过固氮酶催化反应,将氮气还原为氨(NH₃)。反应需消耗能量,公式为: $$ text{N}_2 + 8text{H}^+ + 8text{e}^- + 16text{ATP} rightarrow 2text{NH}_3 + text{H}_2 + 16text{ADP} + 16text{Pi} $$ 该过程对温度(26~37℃)和pH(5.0~8.0)有较广适应性。
与硝化细菌不同,固氮菌直接固定氮气,而硝化细菌将氨转化为硝酸盐,且属于化能自养型。
如需进一步了解具体菌种或应用案例,可参考来源网页。
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