生物固氮反應(yīng)概述

生物固氮是指某些微生物（如根瘤菌、藍(lán)細(xì)菌等）將大氣中的氮?dú)?N?)轉(zhuǎn)化為植物可利用的氨(NH?)的過程。這一過程對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)至關(guān)重要。以下是生物固氮反應(yīng)的基本化學(xué)方程式：

[ \text{N}_2 + 8\text{H}^+ + 8\text{e}^- + 16\text{ATP} \rightarrow 2\text{NH}_3 + \text{H}_2 + 16\text{ADP} + 16\text{Pi} ]

反應(yīng)條件

• 溫度：多數(shù)固氮生物最適生長(zhǎng)溫度在25°C至30°C之間。
• pH值：大多數(shù)情況下，pH 6.5-7.5為最佳。
• 氧氣：固氮酶對(duì)氧極為敏感，需要在低氧環(huán)境中工作。

關(guān)鍵酶與輔助因子

• 固氮酶：催化N?還原成NH?的關(guān)鍵酶。
• 鐵蛋白：提供電子給固氮酶。
• 鉬鐵蛋白：固氮酶的主要成分之一，負(fù)責(zé)直接與N?結(jié)合并將其還原。
• ATP：作為能量來源。
• 鎂離子(Mg2?)：參與ATP的活化。
• 鐵(Fe) 和 鉬(Mo)：重要的輔因子，參與固氮酶的組成和功能。

固氮生物種類

• 自由生活型：例如藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)綠藻）、Azotobacter（阿佐托巴克特菌）。
• 共生型：與植物形成共生關(guān)系的細(xì)菌，如根瘤菌（Rhizobium）、Frankia（弗蘭克氏菌）。

反應(yīng)步驟

1. 氮?dú)馕?/strong>：固氮酶吸附N?分子。
2. 電子傳遞：通過鐵蛋白向固氮酶轉(zhuǎn)移電子。
3. 氮?dú)膺€原：固氮酶利用電子和質(zhì)子逐步將N?還原成NH?。
4. 產(chǎn)物釋放：生成的NH?被植物吸收利用或進(jìn)一步代謝為其他含氮化合物。