fixarea biologică a azotului atmosferic este importantă. Acest lucru este demonstrat de scara de proces - de până la 200 de milioane de tone N / an. Datorită fixării biologică a azotului sub formă de întrerupătoare, care pot folosi toate planta și, prin ele, și organismele animale.
Organisme capabile să asimileze azotul din aer, pot fi împărțite în grupe:
1) simbiotice azot-fixatori - microorganisme care metabolizeaza atmosferă de azot, în timp ce numai în simbioză cu planta mai mare;
2) nu simbiotice azot-fixatori - microorganisme care trăiesc liber în sol și să asimileze azotul din aer;
3) asociativi azot-fixatori - microorganisme care trăiesc pe suprafața sistemului rădăcină de cereale, de exemplu, care trăiesc în asociere cu plante superioare ...
Sunt importante simbiotice de azot-fixatori, care trăiesc în nodulii rădăcinilor plantelor leguminoase (bacterii) noduli aparținând genului Rhizobium. Legarea atmosferă de azot, este posibilă numai atunci când asocierea simbiotică microorganismelor și a speciilor de plante superioare, în principal din familia leguminoase. Există un număr de varietăți (tulpini) de bacterii noduli, fiecare dintre acestea fiind adaptat la infecția cu una sau mai multe specii de plante leguminoase. Acest lucru se reflectă în numele lor: Rhizobium Lupini - bacterii Rhizobium nodulilor bacterii trifolii- lupin și rădăcină trifoi nodulilor, etc ...
Sistemele de rădăcină de plante leguminoase au exudatele specifice rădăcină. Din cauza acestei nodulului bacteriile se acumuleaza in jurul radacina firului de par, care în acest caz sunt răsucite. Această capacitate a organismelor de a muta ca răspuns la recunoașterea substanțelor chimice se numește chemotaxia. Într-o variantă de realizare a interacțiunii de contact a microorganismelor cu plante este important așa-numita recunoaștere lectina plante glevodnoe microorganism. Esența acestui fapt este că firele de păr lectina rădăcină de plante este strâns asociat cu suprafața bacteriană de carbohidrați. Bacteriile amplasate într-o rădăcină de păr sub forma unui fir continuu (fire infectioasa N. t.), Constând din numeroase bacterii slime interconectate, pătrunde în parenchimul rădăcinii. Celulele periciclu încep să împartă intens. Poate bacteriile secreta substante hormonale, cum ar fi auxinelor și aceasta este cauza tesutului de proliferare, blisterare - noduli. Celulele nodulilor sunt umplute cu bacterii multiplica rapid, dar rămân în viață și păstrează nuclee mari. Bacteriile transformate astfel se crește în dimensiune, astfel încât acestea sunt numite Bacteroides.
Prin activitatea bacteriilor nodulilor ale compușilor cu azot din rădăcinile plantelor leguminoase dispersează în sol, îmbogățindu-l cu azot. Însămânțarea plantelor leguminoase duce la o creștere a fertilității solului. Hectar bacterii simbiotice poate leguminoase traduce într-o stare legată 100 și 400 kg de azot pe an. Valoarea acestei supraestimate, având în vedere că cele mai costisitoare îngrășăminte și de azot din sol compuși azotați conținut în cantități mici. Există și alte tipuri de plante superioare, în care există o simbioză cu microorganisme. Astfel, un mic Azolla feriga de apă (Azolla) este într-o relație simbiotică cu cianobacterii fixatoare de azot. Azolla capabil de a fixa azotul la 0,5 kg pe hectar pe zi. Unii arbori și arbuști (de exemplu, anin crușin, Loh) au ca bacteriile lor symbiont din genul actinomicetelor. De o mare importanță sunt bacterii care trăiesc liber - azot-fixatori. In 1893, microbiolog SN Română Vinogradskii a fost anaerobe bacterii fixatoare de azot izolate pasteurianum Clostridium. În 1901, omul de știință olandez MA Beijerinck a identificat două bacterii aerobe fixatoare de azot - Azotobacter chroococum, Azotobacter agil. Acum este cunoscut pentru mai multe specii de Azotobacter. Free-viață de azot-fixatori pot fi aerobe sau facultativ anaerobe facultative. Pentru ca aceste microorganisme realizează procesul de fixare a azotului, este necesară prezența molibden, fier și calciu. Deosebit de importantă este prezența molibdenului. Free-viață de azot-fixatori
Asociativi azot-fixatori au fost găsite în 70-80-e ai secolului XX. în laborator D. Dobereyner în Brazilia (1976). Numărul de specii este mare, cât de mare este varietatea relațiilor asociative ale plantelor cu microorganisme. Astfel de relații caracteristice microorganismelor rizosferă, t. E. Pe suprafața sistemului radicular plantă vie. Microbiologi face de multe ori nici o distincție între fixatori de azot asociative și care trăiesc liber. Relația secvență cu planta gazdă de bacterii asociative fixatoare de azot are anumite similitudini cu organisme simbiotice: recunoașterea chemotactice, recunoașterea lectin carbohidrați și etapa de stabilire legături puternice. Nu numai formarea etapă nodulului. Eficacitate asociativi fixarea azotului microflora mai puțin decât simbiotic dar asociativi azot-fixatori produc hormoni de creștere a plantelor, și posedă alte proprietăți care afectează pozitiv creșterea și dezvoltarea plantelor (protecția împotriva agenților patogeni de plante, distrugerea substanțelor toxice). Cel mai studiat al acestui grup de microorganisme din genul Azospirillum (Azospirillum). Ei coloniza rădăcinile ierburi și, în acest sens, este interesant de tehnologie de cultivare a acestora. Azospirillum infecta cu ușurință rădăcinile ierburi și alte plante.
Produsul final al fixării azotului este amoniacul. În timpul recuperării azotului la amoniac este implicat complex multienzimatic - nitrogenase. Nitrogenase este format din două componente: MoFe-Fe-proteine și proteine. MoFe-proteină cu greutate moleculară de 200-250 kDa conține molibden, fier și sulf. Conform conceptelor moderne, această proteină poartă recuperarea de legare și azot. Fe-proteină de greutate moleculară 50-70 KDa conține fier și sulf. Această subunitate este implicată în transportul de electroni de la donator lor (feredoxin) pe MoFe-proteină.
Sursa de protoni și electroni pentru reducerea azotului servește lanț de transport de electroni respirator. Acest lucru indică faptul că atmosfera de asimilare azotului prelucrează cu respirația și fotosinteză (sursa de carbohidrati). Pentru a restabili NH3 N2 ia șase electroni, conform ecuației:
Procesul necesită ATP ca sursă de energie: estimat pentru recuperarea N2 o moleculă necesită cel puțin 12 molecule de ATP. Consumul real de energie este considerabil mai mare și constituie 25-35 molecule de ATP. Nitrogenase - o enzimă cu o specificitate de substrat scăzută ca regenerează și alți compuși cu o legătură triplă: cianura, acetilena, azide etc. nitrogenase particularitate constă în faptul că sunt necesare condiții anaerobe pentru enzima .. Cu toate acestea, în celulele de plante superioare necesită oxigen pentru menținerea respirației. Rolul Leghemoglobin este de a lega 02 în corpul de bacterii și crearea condițiilor pentru nitrogenase.
Pentru a forma leghemoglobin necesară Fe, Cu și Co Pentru procesul normal fixarea azotului necesar Mo și Fe, deoarece acestea fac parte din nitrogenase enzimei. Molibdenul îndeplinește o funcție structurală, sprijinirea conformația nitrogenase, catalizatorul care participă la transportul de electroni de legare și azot și induce sinteza nitrogenase. Cobalt este esențială, datorită faptului că aceasta este o parte din vitamina B12. care este implicată în biosinteza procesului leghemoglobin. Amoniacul format aici, în celulele rădăcină reacționat cu un-cetoglutaric acid pentru a forma acid glutamic, care este implicată în schimbul suplimentar. Organele aeriene ale plantelor gazdă substanțelor azotoase se deplaseze în principal sub formă de amidă (asparagina, glutamina). După cum sa menționat deja, fixarea azotului atmosferic poate fi realizată și o serie de organisme liber fotosintetice (bacterii cianobacterii de sulf). În acest caz, donatorul proton și un electron poate fi apă sau hidrogen sulfurat.
Deschiderea bacteriilor fixatoare de azot a condus la dezvoltarea de îngrășăminte bacteriene (nitragin, rizotrofin, Azotobacter și colab.). Aceste îngrășăminte conțin organisme naturale din sol, și poate crește acumularea de plante superioare de biomasă. Promisiunea unei astfel de tehnologii este că permite înlocuirea parțială a îngrășămintelor minerale, și, astfel, reduce nivelul de poluare cauzată de utilizarea lor intensivă. Noi perspective pentru creșterea eficienței de fixare a azotului și azot pentru a îmbunătăți nutriția plantelor relevă utilizarea ingineriei genetice. Se constată că enzimele de fixare de azot oferă - un geniu produse NIF. Acum, practic, a rezolvat problema creșterii dozei de un geniu la bacteriile NIF nodulilor din genul Rhizobium. Introdus de lucru privind transferul nDacã un geniu in alte organisme, deoarece cele mai multe dintre aceste gene sunt localizate pe plasmide. Există premise pentru crearea de plante cerealiere prin inginerie genetica, bacterii fixatoare de azot. Bazate pe cercetare fixarea azotului oferă posibilitatea de a crea o tehnologie de cost-eficiente și fixarea azotului atmosferic. amoniac tehnologie de sinteză în industria implică utilizarea catalizatorilor, menținând temperatura în jur de 500 ° C și presiune de 300-350 atm. In celula, acest proces este la o temperatură și presiune scăzută normală fără contaminarea mediului înconjurător.