微生物在氮素循環(huán)中的作用

    氮素是核酸及蛋白質(zhì)的主要成分，是構成生物體的必需元素。雖然大氣體積中約有78％是分子態(tài)氮，但所有植物、動(dòng)物和大多數微生物都不能直接利用。初級生產(chǎn)者植物需要的銨鹽、硝酸鹽等無(wú)機氮化物，在自然界中為數不多，是初級生產(chǎn)者最主要的生長(cháng)限制因子。只有將分子態(tài)氮進(jìn)行轉化和循環(huán)，才能滿(mǎn)足植物體對氮素營(yíng)養的需要。因此氮素物質(zhì)的相互轉化和不斷地循環(huán)，在自然界十分重要。

(一)自然界中的氮素循環(huán)

    氮素循環(huán)包括許多轉化作用，包括空氣中的氮氣被微生物及微生物與植物的共生體固定成氨態(tài)氮，并轉化成有機氮化物；存在于植物和微生物體內的氮化物被動(dòng)物食用，并在動(dòng)物體內被轉變?yōu)閯?dòng)  物蛋白質(zhì)；當動(dòng)植物和微生物的尸體及其排泄物等有機氮化物被各種微生物分解時(shí)，又以氨的形式釋放出來(lái)；氨在有氧的條件下，通過(guò)硝化作用氧化成硝酸，生成的銨鹽和硝酸鹽可被植物和微生物吸收利用；在無(wú)氧條件下，硝酸鹽可被還原成為分子態(tài)氮返回大氣中，這樣氮素循環(huán)完成。氮素循環(huán)包括微生物的固氮作用、氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及植物和微生物的同化作用。

 (二)微生物在氮素循環(huán)的作用

 1．固氮作用

    分子態(tài)氮被還原成氨或其他氮化物的過(guò)程稱(chēng)為固氮作用。自然界氮的固定有兩種方式，一是非生物固氮，即通過(guò)雷電、火山爆發(fā)和電離輻射等因氮，此外還包括人類(lèi)發(fā)明的以鐵作催化劑，在高溫(500℃)、高壓(30.3975MPa)下的化學(xué)固氮，非生物固氮形成的氮化物很少。二是生物固氮，即通過(guò)微生物的作用固氮，大氣中90％以

上的分子態(tài)氮，只能由微生物的話(huà)性而固定成氮化物。能夠固氮的微生物，均為原核生物，主要包括細菌、放線(xiàn)菌和藍細菌。在固氮生物中，貢獻最大的是與豆科植物疫面而瘤菌屬，其次是與非豆科植物共生的放線(xiàn)菌弗蘭克氏菌屬，再次是各種藍組菌，最后是一些自生固氮菌�；瘜W(xué)固氮曾為農業(yè)生產(chǎn)仔萬(wàn)于巨大的貢獻，但是，它的生產(chǎn)需要高溫條件和高壓設備，材料和能源消耗過(guò)大，因此產(chǎn)品價(jià)格高且不斷上漲。對自然界氮素循環(huán)中的因氮作用具有決定意義的是生物固氮作用。

2．氨化作用

    微生物分解含氮有機物產(chǎn)生氨的過(guò)程稱(chēng)為氨化作用。含氮有機物的種類(lèi)很多，主要是蛋白質(zhì)尿素、尿酸和殼多糖等。

    氨化作用在農業(yè)生產(chǎn)上十分重要，施入土壤中的各種動(dòng)植物殘體和有機肥料，包括綠肥、堆肥和廄肥等都富含含氮有機物，它們須通過(guò)各類(lèi)微生物的作用，尤其須先通過(guò)氨化作用才能成為植物能吸收和利用的氮素養料。

 3．硝化作用

微生物將氨氧化成硝酸鹽的過(guò)程稱(chēng)為硝化作用。硝化作用分兩個(gè)階段進(jìn)六，第一個(gè)階段是氨被氧化為亞硝酸鹽，靠亞硝化細菌完成，主要有亞硝化單胞菌屬、亞硝化葉菌屬等的一些種類(lèi)。第二階段是亞硝酸鹽被氧化為硝酸鹽，靠硝化細菌完成，主要有硝化桿菌屬、硝化刺菌屬和硝化球菌屬的一些種類(lèi)。硝化作用在自然界氮素循環(huán)中是不可缺少的一環(huán)，但對農業(yè)生產(chǎn)并無(wú)多大利益。

  4．同化作用

    銨鹽和硝酸鹽是植物和微生物良好的無(wú)機氮類(lèi)營(yíng)養物質(zhì)，它們可被植物和微生物吸收利用，合成氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸和其他含氮有機物。

  5．反硝化作用

    微生物還原硝酸鹽，釋放出分子態(tài)氮和一氧化二氮的過(guò)程稱(chēng)為反硝化作用。反硝化作用一般只在厭氧條件下進(jìn)行。

反硝化作用是造成土壤氮素損失的重要原因之一。在農業(yè)上常采用中耕松土的辦法，以抑制反硝化作用。但從整個(gè)氮素循環(huán)來(lái)說(shuō)，反硝化作用還是有利的，否則自然界氮素循環(huán)將會(huì )中斷，硝酸鹽將會(huì )在水體中大量積累，對人類(lèi)的健康和水生生物的生存造成很大的威脅。

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