簡述
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本科細菌菌體桿狀,卵圓或球形,無內生芽孢;革蘭氏染色陰性(有時陰、陽性兩可);嚴格好氧性,有機營養型細菌,能利用簡單糖類為碳源和能源,有的能利用澱粉,但不能利用纖維素。能固定空氣中的氮素,在培養條件下,每消耗1克碳水化合物約能固定10毫克氮素,固氮效能雖不及共生的根瘤菌,但因其分布廣,在自然界的氮素轉化中仍具重要意義。固氮菌肥料多由固氮菌屬的成員製成。
本科細菌一般生活於土壤或水中,在各類耕作土壤中數量較多,組成種類也不同。有些固氮菌生長在作物的根際,有些生長在植物的葉面。
特性
在無氮培養、溫度18~40℃時,菌株均能生長且有固氮酶活性,其最適生長及固氮的溫度為26~37℃;在偏酸(pH值5.0)和偏鹼(pH值8.0)的條件下,菌株均能保持較強的生長勢和較高的固氮酶活性,並能通過調節自身代謝適應環境的酸、鹼變化,使培養液趨近中性;培養液中NaCl濃度在0.5~2.5g.L-1、(NH4)2SO4濃度在0.05~0.50g.L-1時,菌株均能保持旺盛生長且有較高的固氮酶活性。
發展
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用途
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還有一些固氮菌,比如圓褐固氮菌,它們不住在植物體內,能自己從空氣中吸收氮氣,繁殖後代,死後將遺體“捐贈”給植物,使植物得到大量氮肥。這類固氮菌叫自生固氮菌。
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目前固氮菌肥料的生產基本上採用液體發酵的方法。產品可分液體菌劑和固體菌劑。從發酵罐發酵結束後及時分裝即成液體菌劑,發酵好的液體再用滅菌的草炭等載體吸附劑進行吸附即成固體菌劑。固氮菌肥料是含有大量好氣性自身固氮菌的微生物肥料。自身固氮菌不與高等植物共生,沒有寄主選擇,而是獨立生存於土壤中,利用土壤中的有機質或根系分泌的有機物作碳源來固定空氣中的氮素,或直接利用土壤中的無機氮化合物。固氮菌在土壤中分布很廣,其分布主要受土壤中有機質含量、酸鹼度、土壤濕度、土壤熟化程度及速效磷、鉀、鈣含量的影響。
固氮菌肥對棉花、水稻、小麥、花生、油菜、玉米、高粱、馬鈴薯、菸草、甘蔗以及各固氮菌肥料是含有大量好氣性自身固氮菌的微生物肥料。自身固氮菌不與高等植物共生,沒有寄主選擇,而是獨立生存於土壤中,利用土壤中的有機質或根系分泌的有機物作碳源來固定空氣中的氮素,或直接利用土壤中的無機氮化合物。固氮菌在土壤中分布很廣,其分布主要受土壤中有機質含量、酸鹼度、土壤濕度、土壤熟化程度及速效磷、鉀、鈣含量的影響。固氮菌肥料是含有大量好氣性自身固氮菌的微生物肥料。自身固氮菌不與高等植物共生,沒有寄主選擇,而是獨立生存於土壤中,利用土壤中的有機質或根系分泌的有機物作碳源來固定空氣中的氮素,或直接利用土壤中的無機氮化合物。固氮菌在土壤中分布很廣,其分布主要受土壤中有機質含量、酸鹼度、土壤濕度、土壤熟化程度及速效磷、鉀、鈣含量的影響。固氮菌肥對棉花、水稻、小麥、花生、油菜、玉米、高粱、馬鈴薯、菸草、甘蔗以及各種蔬菜都有一定增產作用。
原理
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俄羅斯莫斯科大學生化物理研究所的科研人員別爾佐娃經過多年探索研究,成功地解釋了固氮菌在空氣中生存固氮的機理。別爾佐娃由此獲得了2002年的歐洲科學院青年科學家獎。
在幾百萬年前的太古時代,大氣層中沒有酸,地球上生存著大量的厭氧性生物。在地球上第一次大災難發生後,地球表面出現了很多酸。大量厭氧性生物由於酸的出現而消失了,但有少量厭氧性生物由於躲藏在無酸、不透氣的淤泥、沼澤地和深層土壤中而存活至今。但也有一部分厭氧性生物如固氮菌,它適應了環境,能夠在含酸21%的大氣層中存活,並從空氣中吸收氮氣。
固氮菌緣何沒有滅亡,而在酸性環境中生存了下來。別爾佐娃經過多年研究揭示了它生存與固氮的奧秘。別爾佐娃發現,固氮菌內部酸的濃度低於外部,也就是說,固氮菌擁有自身保護辦法,它的呼吸鏈中有一種能夠處理酸的特殊酶。別爾佐娃推測,在固氮菌呼吸鏈中很活躍的、開始階段起輔助作用的特殊酶在處理酸的過程中起了主要作用。別爾佐娃通過實驗觀察確認,正是這種很活躍的酶幫助固氮菌完成酸吸收與處理任務。在這種特殊酶的帶動下,其餘的酶才開始工作、開始固氮。為了進一步驗證實驗結果,別爾佐娃將固氮菌中那個特殊的酶除掉,結果發現,固氮菌立即喪失了在酸環境中固定氮的能力。
有關專家指出,別爾佐娃的研究成果促進了生物學的發展,對目前正在開展的人工活器官研究工作有重要意義。
前景
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