生物固氮的研究進展

生物固氮的研究進展一、本文概述生物固氮，指的是生物體（特別是某些微生物）在無氧或低氧條件下，將大氣中的氮氣（N?）轉(zhuǎn)化為氨（NH?）或其他含氮化合物的過程。這一過程對于全球氮循環(huán)和生物圈的氮素供應(yīng)具有至關(guān)重要的作用。本文旨在概述生物固氮的研究進展，包括固氮微生物的種類與特性、固氮機制、固氮效率的提高方法，以及生物固氮在農(nóng)業(yè)、環(huán)保和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。我們將重點介紹近年來在分子生物學(xué)、基因工程和生物技術(shù)等方面的新發(fā)現(xiàn)和新進展，以期為推動生物固氮的深入研究和實際應(yīng)用提供參考。二、生物固氮的微生物學(xué)基礎(chǔ)生物固氮，又稱生物氮固定，是指某些微生物在常溫常壓下，將大氣中的氮氣（N?）轉(zhuǎn)化為氨（NH?）或其它含氮化合物的過程。這一生物過程在地球氮循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用，為許多生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)作物提供了必要的氮源。生物固氮的微生物主要包括兩大類：自生固氮菌和共生固氮菌。自生固氮菌，如圓褐固氮菌，能夠在無植物存在的情況下獨立進行固氮作用。而共生固氮菌，如根瘤菌，必須與植物形成共生關(guān)系，在植物根部形成根瘤結(jié)構(gòu)，才能有效固氮。固氮過程的核心是固氮酶的作用。固氮酶是一種由鐵蛋白和鉬鐵蛋白組成的復(fù)合酶，能夠在ATP的供能下，將N?還原為NH?。這一過程中，鐵蛋白起到傳遞電子的作用，而鉬鐵蛋白則是固氮反應(yīng)的催化中心。固氮微生物具有獨特的生理生態(tài)特性，以適應(yīng)其在各種環(huán)境條件下的固氮生活。例如，它們能夠分泌多種胞外酶，分解有機物質(zhì)以獲取能量和營養(yǎng)；同時，它們還能夠形成特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如根瘤，以提高固氮效率。固氮效率受到多種因素的影響，包括環(huán)境因素（如溫度、濕度、光照等）、土壤條件（如pH值、有機質(zhì)含量等）以及微生物自身的遺傳特性。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過調(diào)控這些因素，可以有效提高生物固氮的效率和效果。隨著分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)的快速發(fā)展，對固氮微生物的遺傳機制和固氮酶的作用機制有了更深入的了解。這為通過基因工程手段改良固氮微生物、提高其固氮效率提供了可能。未來，生物固氮研究有望在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。三、生物固氮的研究進展生物固氮，即生物體通過特定的酶系統(tǒng)，將大氣中的氮氣（N?）轉(zhuǎn)化為植物可利用的氨（NH?）或氨基酸的過程，是自然界氮循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來，隨著全球?qū)Φ匦枨罅康脑黾右约碍h(huán)境友好型農(nóng)業(yè)的發(fā)展，生物固氮研究取得了顯著的進展。固氮微生物的多樣性研究：科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了多種具有固氮能力的微生物，包括固氮菌、藍藻以及某些植物根際微生物。這些微生物的固氮酶系統(tǒng)具有不同的結(jié)構(gòu)和功能，使得它們能在不同的環(huán)境條件下進行固氮。通過對這些微生物的深入研究，人們有望發(fā)掘出更多高效、耐逆的固氮菌株。固氮機制的研究：固氮過程涉及復(fù)雜的酶促反應(yīng)和調(diào)控機制。近年來，分子生物學(xué)和基因編輯技術(shù)的發(fā)展為揭示固氮機制提供了有力工具?？茖W(xué)家們已經(jīng)克隆和鑒定了多個與固氮相關(guān)的基因，并深入研究了這些基因的表達調(diào)控和相互作用。這些研究成果不僅增進了人們對固氮機制的理解，也為改良固氮微生物提供了理論基礎(chǔ)。生物固氮技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用：將生物固氮技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是實現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑。目前，科學(xué)家們已經(jīng)通過基因工程等手段培育出了一批具有高效固氮能力的作物品種。利用固氮微生物與作物之間的互作關(guān)系，科學(xué)家們還開發(fā)出了多種生物肥料和土壤改良劑，有效提高了農(nóng)作物的氮素利用率和產(chǎn)量。環(huán)境友好型固氮技術(shù)的研究：傳統(tǒng)的化學(xué)氮肥施用不僅會導(dǎo)致氮素流失和環(huán)境污染，還會破壞土壤結(jié)構(gòu)和生物多樣性。因此，開發(fā)環(huán)境友好型固氮技術(shù)成為了當(dāng)前研究的熱點。例如，科學(xué)家們正在研究利用光合作用產(chǎn)生的能量進行生物固氮的光生物固氮技術(shù)，以及利用電化學(xué)方法模擬生物固氮過程的電化學(xué)固氮技術(shù)等。這些新技術(shù)有望在未來為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更加環(huán)保、高效的氮源。未來展望：盡管生物固氮研究已經(jīng)取得了顯著進展，但仍存在許多挑戰(zhàn)和機遇。未來，科學(xué)家們將繼續(xù)深入研究固氮微生物的多樣性和固氮機制，發(fā)掘新的固氮資源和技術(shù)。隨著合成生物學(xué)和代謝工程等領(lǐng)域的發(fā)展，人們有望設(shè)計出更加高效、環(huán)保的生物固氮系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護做出更大貢獻。四、生物固氮在農(nóng)業(yè)與環(huán)境中的應(yīng)用生物固氮在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義。隨著全球人口的增長和環(huán)境的日益惡化，尋找可持續(xù)的氮肥來源已成為全球農(nóng)業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。生物固氮作為一種自然、環(huán)保的氮肥來源，正在受到越來越多的關(guān)注和研究。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，生物固氮的主要應(yīng)用是通過接種固氮微生物，如豆科植物的根瘤菌，來提高農(nóng)作物的氮肥利用效率。這種方法不僅可以減少化肥的使用，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，還可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。同時，生物固氮還能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機質(zhì)，提高土壤肥力，為農(nóng)作物的生長創(chuàng)造更好的環(huán)境。在環(huán)境領(lǐng)域，生物固氮對于減少氮素污染、改善水質(zhì)和保護生態(tài)環(huán)境具有重要作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用化肥，導(dǎo)致氮素大量流失，進而引發(fā)水體富營養(yǎng)化、土壤酸化等環(huán)境問題。生物固氮作為一種可持續(xù)的氮肥來源，可以替代部分化肥使用，減少氮素的流失和污染。生物固氮還可以通過改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力等方式，促進生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定。然而，生物固氮在實際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)和問題。例如，固氮微生物的固氮效率受到環(huán)境因素的影響較大，如何提高其固氮效率是亟待解決的問題。生物固氮的應(yīng)用還需要與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐相結(jié)合，探索適合不同地區(qū)、不同作物的生物固氮技術(shù)模式。未來，隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，生物固氮在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。通過深入研究生物固氮的機理和調(diào)控技術(shù)，提高固氮微生物的固氮效率，同時結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)和管理手段，有望推動生物固氮在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護做出更大的貢獻。五、前景與展望生物固氮作為自然界中氮素循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其研究不僅對于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、緩解人類活動引發(fā)的氮素污染問題具有重要意義，同時也為探索新型生物固氮途徑和調(diào)控機制提供了廣闊的研究空間。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷發(fā)展，生物固氮的研究正面臨著前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。在前景方面，未來生物固氮研究將更加注重基因工程與分子生物學(xué)的應(yīng)用。通過基因編輯技術(shù)，科研人員有望實現(xiàn)對固氮酶基因的高效表達和精確調(diào)控，從而提升微生物的固氮效率。對固氮微生物生態(tài)學(xué)的研究也將更加深入，有助于發(fā)現(xiàn)新的固氮資源并揭示其在自然界氮素循環(huán)中的重要作用。展望未來，生物固氮領(lǐng)域的研究將更加注重跨學(xué)科合作，以綜合生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等多學(xué)科的知識和方法，共同推動生物固氮研究的深入發(fā)展。隨著全球氣候變化和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，生物固氮研究在應(yīng)對這些全球性挑戰(zhàn)中也將發(fā)揮更加重要的作用。生物固氮作為連接生物圈與氮素循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其研究進展不僅關(guān)乎農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提升和生態(tài)環(huán)境保護，更是探索自然規(guī)律、發(fā)展生物技術(shù)的重要領(lǐng)域。未來，隨著科研技術(shù)的不斷發(fā)展和研究方法的不斷創(chuàng)新，相信生物固氮研究將取得更加顯著的成果，為人類社會和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。六、結(jié)論生物固氮作為一種自然界中重要的氮素循環(huán)過程，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境具有深遠(yuǎn)的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們對生物固氮機制的理解越來越深入，同時也開發(fā)出了一系列高效、環(huán)保的固氮技術(shù)。在過去的幾年里，生物固氮研究取得了顯著的進展。在固氮微生物的篩選和培育方面，研究者們通過基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)手段，成功培育出了一批具有優(yōu)良固氮性能的菌株，顯著提高了生物固氮的效率和穩(wěn)定性。同時，對固氮酶的結(jié)構(gòu)與功能的研究，也為優(yōu)化固氮過程提供了新的思路。生物固氮技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也得到了廣泛的推廣。通過與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)的結(jié)合，生物固氮技術(shù)不僅提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，還減少了化肥的使用，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。然而，盡管生物固氮研究取得了顯著的成果，但仍面臨著一些挑戰(zhàn)和問題。例如，固氮微生物的固氮效率仍受到環(huán)境條件的限制，需要進一步優(yōu)化菌株和固氮過程。生物固氮技術(shù)的推廣和應(yīng)用也需要更多的政策支持和社會認(rèn)知。展望未來，隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和環(huán)境問題的日益突出，生物固氮研究將具有更加廣闊的應(yīng)用前景。我們期待通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，進一步優(yōu)化生物固氮技術(shù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護做出更大的貢獻。參考資料：生物固氮是指微生物將大氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為有機氮化物的過程，對于全球氮循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)的平衡具有重要意義。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，生物固氮更是被譽為“綠色施肥”，可以為農(nóng)作物提供長效、環(huán)保的氮素來源，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。本文將探討生物固氮的研究進展及未來發(fā)展趨勢，希望為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考和啟示。根瘤菌是與豆科植物共生的一種特殊微生物，能夠?qū)⒋髿庵械牡獨廪D(zhuǎn)化為有機氮化物。近年來，研究者們在根瘤菌的生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)等方面取得了重要進展。例如，研究發(fā)現(xiàn)根瘤菌的結(jié)瘤基因和固氮基因之間存在復(fù)雜的調(diào)控機制，為深入理解根瘤菌的共生固氮提供了線索。然而，根瘤菌的共生固氮效率受到土壤環(huán)境、氣候變化等多種因素的影響，仍面臨許多挑戰(zhàn)。自生固氮是指某些微生物在沒有寄主植物的情況下，能夠獨立地將大氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為有機氮化物的過程。目前，研究較為深入的自生固氮菌有豆科植物外生菌根中的弗氏菌屬和肺炎克氏菌屬等。然而，自生固氮微生物在自然界中的分布和作用仍不清楚，其固氮機制和調(diào)控規(guī)律也有待進一步研究。生物刺激是指利用微生物或其分泌物來改善植物營養(yǎng)和生長環(huán)境的過程。近年來，研究者們發(fā)現(xiàn)某些微生物的分泌物能夠刺激植物的生長發(fā)育，提高植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收效率，其中包括對氮素的吸收。這些研究為開發(fā)新型的生物刺激劑提供了有益的思路，但仍需要進一步的研究來揭示其作用機制和影響因素。隨著生物技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，未來生物固氮的研究將呈現(xiàn)出以下趨勢：基因編輯和基因組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用：通過基因編輯和基因組學(xué)技術(shù)，將有助于深入了解生物固氮的分子機制，發(fā)掘新的基因資源和調(diào)控途徑，為提高生物固氮效率提供理論支持。微生物多樣性和共生關(guān)系的研究：微生物多樣性及其與植物的共生關(guān)系是生物固氮的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。未來將有更多的研究于不同微生物之間的相互作用及其對植物生長的影響，以發(fā)掘新的共生關(guān)系和生物資源。生物刺激劑的開發(fā)與應(yīng)用：生物刺激劑在提高植物營養(yǎng)吸收和生長效率方面具有巨大的潛力。未來的研究將更加注重生物刺激劑的作用機制、影響因素及其應(yīng)用前景，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色發(fā)展提供新的途徑。全球氣候變化的影響：氣候變化對生物固氮的影響日益受到。未來的研究將進一步揭示氣候變化對生物固氮的影響機制和規(guī)律，為應(yīng)對全球氣候變化帶來的挑戰(zhàn)提供科學(xué)依據(jù)。生物固氮作為全球氮循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)平衡的重要組成部分，其研究進展對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護和全球氣候變化具有重要意義。未來的研究應(yīng)基因編輯、微生物多樣性、生物刺激劑和全球氣候變化等方向，深入挖掘生物固氮的潛力，為推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色發(fā)展和全球生態(tài)環(huán)境的改善貢獻力量。作為研究者，我們應(yīng)積極探索新的技術(shù)和方法，不斷提高對生物固氮的理解和應(yīng)用能力，為生物固氮領(lǐng)域的長足發(fā)展做出貢獻。海洋藍細(xì)菌是一類具有重要生態(tài)功能的微生物，它們在海洋氮循環(huán)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。藍細(xì)菌通過生物固氮過程，將大氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為能被其他生物利用的氨態(tài)氮。這一過程不僅對維持海洋生態(tài)平衡具有重要意義，也對全球氣候變化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。近年來，隨著研究的深入，人們對海洋藍細(xì)菌生物固氮的機理和影響因素有了更深入的理解。海洋藍細(xì)菌的生物固氮過程主要通過名為“固氮酶”的酶來催化完成。固氮酶能夠?qū)⒌獨廪D(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，這一過程需要能量和還原劑的參與。在藍細(xì)菌體內(nèi)，固氮酶主要分布在細(xì)胞內(nèi)的特殊結(jié)構(gòu)——莢膜中。莢膜為固氮酶提供了一個保護性的環(huán)境，使其免受細(xì)胞內(nèi)其他成分的干擾。藍細(xì)菌的固氮效率還會受到光照、營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)、鹽度等多種環(huán)境因素的影響。例如，光照能夠影響藍細(xì)菌的光合作用，進而影響其生物固氮過程。營養(yǎng)物質(zhì)如磷、鐵等也會對固氮酶的活性產(chǎn)生影響。同時，鹽度也會對藍細(xì)菌的固氮效率產(chǎn)生影響。近年來，隨著基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等新興研究手段的發(fā)展，人們對藍細(xì)菌生物固氮的機理有了更深入的理解。例如，通過比較不同環(huán)境條件下藍細(xì)菌的基因表達譜，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了許多與固氮效率相關(guān)的關(guān)鍵基因和代謝途徑。這些發(fā)現(xiàn)為未來的研究提供了新的方向和思路。然而，盡管取得了一些進展，但海洋藍細(xì)菌生物固氮的研究仍面臨許多挑戰(zhàn)。固氮酶的催化機制仍不完全清楚，需要進一步的研究來揭示其工作原理。藍細(xì)菌的固氮效率受到多種環(huán)境因素的調(diào)節(jié)，這些因素如何相互作用，以及如何調(diào)控固氮效率仍需進一步探索。全球氣候變化對藍細(xì)菌生物固氮的影響仍是一個亟待解決的問題。海洋藍細(xì)菌的生物固氮在全球氮循環(huán)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，對維持海洋生態(tài)平衡具有重要意義。盡管我們已經(jīng)對藍細(xì)菌生物固氮的機理和影響因素有了一定的了解，但仍有許多問題需要解決。未來，隨著新技術(shù)和新方法的不斷發(fā)展，我們有望更深入地理解藍細(xì)菌生物固氮的過程，以及如何調(diào)控其效率。這些研究不僅有助于我們更好地理解海洋生態(tài)系統(tǒng)的運行機制，還可能為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的實踐提供科學(xué)依據(jù)。生物固氮，指的是生物通過一系列生理生化過程，將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為可用于農(nóng)業(yè)和環(huán)境中的氮素養(yǎng)分的過程，其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中扮演著舉足輕重的角色。本文將綜述生物固氮的研究歷史、現(xiàn)狀及其未來的發(fā)展方向，并深入探討其在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用和重要性。生物固氮指的是某些微生物和植物通過特殊的生理生化過程，將空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為有機氮化物的過程。這種轉(zhuǎn)化對于農(nóng)業(yè)和環(huán)境都至關(guān)重要。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，生物固氮可以提供植物生長所需的氮素，從而提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。在環(huán)境領(lǐng)域，生物固氮有助于減少氮素污染，從而緩解水體富營養(yǎng)化等問題。因此，對生物固氮的研究具有重要的理論和實踐意義。生物固氮的基本原理是微生物通過固定大氣中的氮氣，將其還原為氨或其他氮化合物。這個過程需要微生物與植物之間的共生或互生關(guān)系，以及一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng)。目前，研究者們已經(jīng)運用多種研究方法和技術(shù)，如基因改造、根瘤菌接種等，以提高生物固氮的效率和產(chǎn)量。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，生物固氮已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。例如，通過接種根瘤菌，可以增加植物的氮素吸收，提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。通過基因工程手段改造植物和微生物，也可以實現(xiàn)高效生物固氮，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供新的途徑。在環(huán)境領(lǐng)域，生物固氮對于緩解水體富營養(yǎng)化等問題也具有積極意義。例如，通過向污染水體中添加固定氮的微生物，可以減少水體中的氨氮等有害物質(zhì)，改善水質(zhì)。未來生物固氮的研究將集中在以下幾個方面：隨著基因組學(xué)和代謝組學(xué)的快速發(fā)展，對微生物和植物的互作機制的研究將更加深入，這將有助于揭示生物固氮的內(nèi)在規(guī)律，為提高生物固氮的效率和產(chǎn)量提供理論依據(jù)；新型生物技術(shù)的應(yīng)用，如基因編輯技術(shù)等，將為生物固氮研究開辟新的途徑；針對不同環(huán)境條件下的生物固氮研究也將得到進一步拓展，例如在鹽堿地、沙漠等特殊環(huán)境下的生物固氮研究，將有助于發(fā)揮生物固氮在改善特殊環(huán)境中的作用。除此之外，目前生物固氮研究還存在一些問題和挑戰(zhàn)，例如對微生物和植物互作機制的理解還不夠深入，基因編輯技術(shù)的應(yīng)用還面臨諸多困難等。未來研究需要針對這些問題和挑戰(zhàn)，提出有效的解決策略和方法，以推動生物固氮研究的進一步發(fā)展。生物固氮作為一種可持續(xù)的氮素供應(yīng)方式，在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文綜述了生物固氮的研究進展及其在農(nóng)業(yè)和環(huán)境中的應(yīng)用，并指出了未來研究的方向和挑戰(zhàn)。盡管生物固氮研究仍面臨許多問題需要解決，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和研究的深入，我們有理由相信，生物固氮將在未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用。生物固氮作用，是指大氣中的分子態(tài)氮在微生物（固氮生物）體內(nèi)由固氮酶催化還原為氨的過程。是土壤氮素的重要來源之一。按固氮微生物的特性和它們與其他生物的關(guān)系，一般分為共生固氮、自生固氮和聯(lián)合固氮三種類型。共生固氮主要指豆科植物-根瘤菌體系，其他還有非豆科植物-放線菌固氮體系以及萍-藍固氮體系。自生固氮指不需要同其他生物共生就能獨立進行固氮的一類微生物，如固氮細(xì)菌和固氮藍藻，包括自生自養(yǎng)固氮作用和自生異養(yǎng)固氮作用。聯(lián)合固氮體系是由有固氮能力的細(xì)菌集聚于植物的根系周圍甚至部分進入根細(xì)胞，細(xì)菌利用根系分泌物，植物利用細(xì)菌固定氮素，形成一個比共生固氮松散的聯(lián)合體，在玉米、甘蔗、小麥、水稻、高粱上都已確認(rèn)聯(lián)合固氮體系的存在。生物固氮作用在中性或微堿性環(huán)境中能順利進行，磷肥對共生固氮有促進作用。共生固氮作用最為重要，自生固氮作用一般不強。盡管能固氮的微生物多種多樣，但各類固氮微生物進行固氮的基本反應(yīng)式相同，即（2）必須有電子和質(zhì)子供體，每還原1分子N2需要6個電子和6個質(zhì)子，另有2個質(zhì)子和電子用于生成H2。還需有相應(yīng)的電子傳遞鏈傳遞電子和質(zhì)子。（3）必須有能量供給，由于N2分子具有鍵能很高的三價鍵，因此需要很大的能量才能打開。（4）有嚴(yán)格的無氧環(huán)境或保護固氮酶的免氧失活機制，因為固氮酶對氧具有高度敏感性，遇氧即失活。（5）形成的氨必須及時轉(zhuǎn)運或轉(zhuǎn)化排除，否則會產(chǎn)生氨的反饋阻抑效應(yīng)。盡管自然界中固氮微生物多種多樣，但固氮微生物所含固氮酶組成大致相似，都是由兩個亞單位（即組分IMoFe蛋白、組分IIFe蛋白）和一個輔因子（FeMoco）組成。已知自然界中存在三套含有不同金屬的固氮酶，即在環(huán)境中無Mo時可被V代替，但多數(shù)固氮微生物所含的是鉬鐵蛋白固氮酶，而且以鉬鐵蛋白固氮酶的固氮效率為最高。來自不同固氮微生物固氮酶的兩個亞基之間可以進行互補，組成的固氮酶仍然具有固氮活性，但這種活性比各自原始的固氮酶活性要低。固氮酶除了能催化N2還原為NH3外，還可催化還原下列物質(zhì)：催化C2H2為C2H4，H+為H2，N3-為NH3和N2，催化N2O為N2和H2O，等等?？梢?，固氮酶是一個十分活躍、基質(zhì)譜相當(dāng)廣的酶。但在所有能催化的基質(zhì)中，以催化N2為NH3的反應(yīng)效率最高。在固氮過程中，由呼吸作用、發(fā)酵光合作用過程中產(chǎn)生的電子和質(zhì)子首先還原NAD或NADP成為NADH或NADpH，由還原態(tài)的NADH或NADpH還原Fd或Fld，再還原固氮酶組分Ⅱ即鐵蛋白，由還原態(tài)的鐵蛋白還原固氮酶組分Ⅰ即MoFe蛋白，還原態(tài)的MoFe蛋白還原N2和其他各種底物