自然固氮過(guò)程概述
自然固氮是指將大氣中的氮?dú)猓∟?）轉(zhuǎn)化為植物可吸收的形式（如氨、硝酸鹽等）的過(guò)程。這一過(guò)程在自然界中主要通過(guò)特定的微生物實(shí)現(xiàn)，包括自由生活的固氮菌和與植物共生的固氮菌。以下是自然固氮的主要步驟及其化學(xué)方程式：
1. 氮?dú)獾倪€原
- 反應(yīng)物：氮?dú)?(N?)
- 產(chǎn)物：氨 (NH?)
- 方程式：
- N? + 8H? + 8e? → 2NH? + H?
2. 氨的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化
-
氨氧化為亞硝酸鹽
- 反應(yīng)物：氨 (NH?)
- 產(chǎn)物：亞硝酸鹽 (NO??)
- 方程式：
- NH? + O? → NO?? + H?O + H?
-
亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽
- 反應(yīng)物：亞硝酸鹽 (NO??)
- 產(chǎn)物：硝酸鹽 (NO??)
- 方程式：
- NO?? + H?O → NO?? + 2H? + 2e?
3. 硝酸鹽的還原
-
硝酸鹽還原為亞硝酸鹽
- 反應(yīng)物：硝酸鹽 (NO??)
- 產(chǎn)物：亞硝酸鹽 (NO??)
- 方程式：
- NO?? + 2H? + 2e? → NO?? + H?O
-
亞硝酸鹽還原為氨
- 反應(yīng)物：亞硝酸鹽 (NO??)
- 產(chǎn)物：氨 (NH?)
- 方程式：
- NO?? + 5H? + 4e? → NH? + H?O
4. 固氮酶的作用
- 固氮酶：固氮酶是一種復(fù)雜的酶系統(tǒng)，能夠催化氮?dú)獾倪€原反應(yīng)。
- 能量需求：固氮過(guò)程需要大量的能量，通常由ATP提供。
- 電子供體：電子通常來(lái)自還原型輔酶FADH?或NADH。
5. 生物固氮的生物
- 自由生活固氮菌：如阿氏固氮菌（Azotobacter）、克雷伯氏菌（Klebsiella）等。
- 共生固氮菌：如根瘤菌（Rhizobium），與豆科植物共生形成根瘤。
- 藍(lán)細(xì)菌：如魚(yú)腥藻（Anabaena）、念珠藻（Nostoc）等，能夠在水體和土壤中進(jìn)行固氮。
自然固氮過(guò)程總結(jié)
- 氮?dú)膺€原：N? + 8H? + 8e? → 2NH? + H?
- 氨氧化：NH? + O? → NO?? + H?O + H?
- 亞硝酸鹽氧化：NO?? + H?O → NO?? + 2H? + 2e?
- 硝酸鹽還原：NO?? + 2H? + 2e? → NO?? + H?O
- 亞硝酸鹽還原：NO?? + 5H? + 4e? → NH? + H?O
參考資料
- Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Stryer, L. (2002). Biochemistry (5th ed.). W.H. Freeman.
- Madigan, M. T., Bender, K. S., Buckley, D. H., Sattley, W. M., & Stahl, D. A. (2018). Brock Biology of Microorganisms (15th ed.). Pearson.
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