自生固氮菌是指在土壤中能夠獨立進行固氮的細菌。由於培養等處理容易，在實驗室里可固定大量氮素，所以對固氮的研究多使用此種生物。自生固氮菌大多數是桿菌或短桿菌，單生對生皆有。經過兩三天的培養，成對的菌體呈“∞”排列，並且外面有一層厚厚的莢膜。在自然界廣泛分布於土壤和水中，與藍藻同為固定游離氮類的生物，一般不適合在酸性環境中培養。該菌除能固氮外，還具有極高的呼吸活性，呼吸商（QO2)可高達2000。隨著條件的不同，有的種類可形成包囊。
基本介紹
- 中文名：自生固氮菌
- 外文名：abiogenous azotobacter
- 界：細菌界
- 門：變型菌門
- 綱：γ-變形菌綱
- 科：固氮菌
- 屬：好氧性固氮菌
種類分類,固氮方式,自生固氮菌的生態分布及其對農藥抗性的研究,
種類分類
褐色球形自生固氮菌（A. chrooco-ccum)（又稱“圓褐固氮菌”）
棕色自生固氮菌（A. vinelanii)
敏捷氮單胞菌（A. agilis)
印度拜耶林克氏菌（Beijerinckia indica)
固氮方式
總反應式 N2+6H^+nATP+6e——→2NH3+nADP+nPi
自生固氮菌的固氮方式和其它固氮生物大體相同，由固氮酶系統循序催化進行，ATP一定要與鎂（Mg）結合而形成Mg－ATP複合物才能起作用。
固氧作用中電子的傳遞過程
氮酶還原酶與Mg－ATP結合後，被鐵氧還蛋白或黃素氧還蛋白或Na2S2O4還原並與酶暫時地結合，以進行電子轉移。氮酶還原酶每次轉移一個e給氮酶。伴隨著兩個Mg－ATP的水解。在催化過程中，氮酶還原酶必需反覆氧化還原，以保證有足夠的電子轉移給氨酶，還有氮分子。
固氮酶除能將分子氮還原為氨外，還能催化一些具有N—N、N=O、C≡N以及C≡C鍵化合物的還原，如將乙炔（C2H2）還原為甲烷（CH4）等。用乙炔還原法測定固氮酶活性，就是根據固氮酶作用底物的多樣性。固氮酶還原C2H2形成C2H4，能夠用氣相層析儀快速測定，簡便而靈敏。這一固氮酶活性的間接測定法已被廣泛套用。
許多化合物是固氮酶的抑制劑，當其他廢物存在時，都可與分子氮競爭電子。氫是固氮作用的專一性抑制劑，但不抑制其他底物的還原作用，也不抑制ATP的水解。另一方面，氫也是固氮過程中的產物。固氮酶在還原氮的同時放氫，這對固氮作用是不利的，因為消耗了ATP和電子。有些固氮細菌具有氫酶催化氫分子為質子，H22H++2e，使放出的電子被再利用，從而節約了能源。
固氮酶對氧敏感，氮的還原過程是在無氧條件下進行的。自生固氮菌對固氮酶的防氧保護機制，能夠在進行有氧生活的同時固氮。保持很強的呼吸活性，藉以維持細胞內固氮酶周圍的低氧濃度；另一方面，它的細胞中含有一種Fe－S蛋白，與固氮酶結合時增加後者的穩定性。此外，自生固氮菌在胞壁外被有莢膜或粘質，有阻礙氧向細胞內擴散的作用。
氨是固氮作用的產物，但在培養固氮菌時加銨鹽，則固氮作用受到抑制，這時固氮菌利用現成的化合態氮進行生長。氨不是抑制固氮酶本身的活性，而是阻礙固氮酶合成基因的表達。整個作用機制很複雜。固氮菌具備一套酶系統，能有效地將氨轉化為胺基酸，進而同化為蛋白質。胺基酸的合成是通過谷氨醯胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的偶聯作用，同時有各種氨基轉移酶參加。所以自生固氮菌在固氮過程中，不會在細胞中積累氨，也很少有氨分泌到細胞外面來。
自生固氮菌的生態分布及其對農藥抗性的研究
將不同地點的土樣均勻地撒在無氮培養基平板上,分離並鑑定自生固氮菌。同時採用抑菌圈法和分光光度計測透光率的方法,檢測6種常用的田間農藥對自生固氮菌的生長影響;還運用茚三酮顯色反應檢測農藥對自生固氮菌固氮效果的影響。結果表明,不同農藥及其不同濃度對自生固氮菌生長及固氮量的影響有所不同。為添加固氮菌以提高農作物產量,監測固氮菌含量來評估作物產量,以及田間正確使用農藥提供了理論依據。
