基本介紹
- 中文學名：固氮微生物
- 界：真菌界
- 類群：厭氧性 共生
- 時間：1888年，
- 提出者：德國人H.黑里格爾和H.維爾法特
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生物介紹
固氮微生物是指通過生命活動，將空氣中游離態的氮素直接轉變為含氮化合物的微生物。固氮微生物種類很多，可分為：好氣性自生固氮微生物，厭氧性自生固氮微生物和共生固氮微生物三大類群。前二者獨立存在於土壤之中；後者與高等植物如根瘤菌等共生時才能固氮。固定的氮素除供自身生長發育外，部分以無機狀態或簡單的有機氮化物分泌於體外，供植物吸收利用。
歷史
雖然在古老的農業生產實踐中，人們已經認識到種植豆類等作物能夠肥田，但對於它們肥田本質的科學理解是在19世紀末。1888年，德國人H.黑里格爾和H.維爾法特證實了只有結瘤的豆類才能利用空氣中的分子態氮。同年，荷蘭人M.W.拜耶林克從根瘤中分離出根瘤菌的純培養。1893年，俄國人C.H.維諾格拉茨基分離出能固氮的梭菌。這些工作開創了研究生物固氮和固氮微生物的科學領域。
由於研究手段的限制，在20世紀40年代以前，只證實了個別微生物的固氮能力。50年代以來，由於同位素標記技術（13N、15N）和乙炔還原法的套用,證實了許多原核生物都能固氮，但至今還沒有發現肯定能夠固氮的真核生物。在原核生物的許多種群中都有能固氮的種類，它們各自需要特定的生活條件。按照不同微生物種類的生活和固氮條件的特殊性，可以將固氮微生物區分為若干生理、生態群。
分類
獨立生活
異養固氮微生物 進行異養生活，以適宜的有機碳化合物為碳源和能源，滿足生活和固氮的需要。這個生理、生態群包括許多種類，如固氮菌科的所有屬、芽孢桿菌屬、梭菌屬的一些種、固氮螺菌屬、腸桿菌科的一些屬種、反硫化細菌、產甲烷細菌和其他一些異養細菌的種類。
共生和聯合
有些微生物種類只能或主要是在與其他生物營共生或聯合生活時固氮。
根瘤菌和豆類共生體系 許多種豆類植物能和根瘤菌屬的相應種共生。根瘤菌侵入寄生根內，刺激寄主根上形成根瘤,根瘤菌在根瘤內定居並固氮。豆類植物和根瘤菌的共生關係具有屬種的專性，一種或一株根瘤菌只能在一定的豆類植物種或品種上共生、結瘤、固氮（見根瘤菌科）。一些重要豆科作物種類和根瘤菌的專適共生關係如下：
苜蓿根瘤菌──苜蓿、草木樨
三葉草根瘤菌──三葉草
豌豆根瘤菌──豌豆、蠶豆
菜豆根瘤菌──菜豆
紫雲英根瘤菌──紫雲英
大豆根瘤菌──大豆
蠶豆根瘤菌──蠶豆、菜豆，豇豆
豇豆根瘤菌──豇豆、花生、綠豆、赤豆、檉麻、扁豆、刀豆等
非豆類種子植物及其內生菌的共生固氮體系 有些非豆類種子植物也能和某種固氮微生物共生形成根瘤並固氮，如榿木屬、楊梅屬、木麻黃屬等種類的根瘤內有弗蘭克氏屬放線菌營共生固氮作用。
紅萍（又稱綠萍，學名滿江紅）和魚腥藻聯合體系 紅萍鱗片葉的葉腔內有魚腥藻生長，行共生固氮作用。
固氮地衣 有些地衣的光合夥伴是固氮藍細菌，能進行固氮作用。
一切固氮微生物都含有固氮酶，固氮酶催化分子態氮還原為氨（見生物固氮作用）。由於固氮微生物也能利用其他氮源，固氮作用並不是固氮微生物的必需生理功能，所以許多種固氮微生物的生活條件和固氮條件並不完全一致。氮是植物生長的重要營養元素之一，利用固氮微生物提高農作物產量、降低生產成本，是一項重要的農業科學技術。
常見
名稱 代謝類型 生態地位 碳源 氮源 能量來源
根瘤菌 異養需氧型 消費者 有機物 N2 有機物
圓褐固氮菌 異養需氧型 分解者 有機物 N2 有機物
