Биологическая фиксация азота

Одной из важнейших проблем современности является возможность фиксации атмосферного аз ота в мягких условиях. Природа давно справилась с этой задачей. Биологическая фиксация азота происходит в результате восстановительных процессов, в ходе которых атмосферный азот переходит в аммиак. Решающую роль здесь играет фермент нитрогеназа. Содержащиеся в нем соединения железа и молибдена активируют азот, при контакте кото- [c.281]

Биологическая фиксация азота воздуха микроорганизмами, населяющими почву, и способность некоторых бактерий переводить азотсодержащие органические соединения в неорганические во многом облегчают задачу азотного питания растений. [c.44]

До последнего времени биохимики почти не знали природы этого превращения. Лишь недавно удалось выяснить, что биологическая фиксация азота — с точки зрения химической — процесс восстановительный, то есть идущий с присоединением электронов. Бактерии связывают азот и превращают его в аммиак. Но для того чтобы эта [c.116]

Биологическая фиксация азота [c.367]

Важное место в биосинтезе азотсодержащих органических соединений занимают процессы, приводящие к включению в их состав азота. Первичным источником азота органических соединений служит атмосферный азот, составляющий по объему 78% атмосферы. Метаболизм азота в биосфере начинается с восстановления его до аммиака, т. е. с биологической фиксации азота, к рассмотрению которой мы и переходим. [c.395]

В ТО же время бактерии бобовых растений, микроорганизмы почвы и водоросли в присутствии воды легко переводят атмосферный азот в аммиак при обычной температуре и нормальном давлении. Известно также, что атомы азота входят в состав нуклеиновых кислот и белков, играющих первостепенную роль в жизненных процессах. Долгое время оставалось загадкой, как в природных условиях в водной среде происходит биологическая фиксация азота, каков механизм связывания атмосферного азота с водородом й другими элементами при нормальном давлении и комнатной температуре. Основываясь на сходстве химических связей в молекулах азота и ацетилена, можно было предполагать, что синтез аммиака при обычных условиях может быть осуществлен при последовательном разрыве межатомных связей в молекуле N2 в присутствии соответствующего катализатора по схеме [c.122]

Есть пока только мечта гены, ответственные за процесс фиксации азота, перенести в зеленые растения и без участия бактерий осуществить биологическую фиксацию азота. Если это будет возможно, то отпадет необходимость вносить в землю азотсодержащие удобрения. Конечно, это мечта, но следует надеяться - не очень далекого будущего. [c.149]

Одной из самых примечательных реакций метаболизма азота является превращение двухатомного азота (N2) в аммиак. Подсчитано, что в 1974 г. в результате такой биологической фиксации азота на землю было перенесено 17,5-10 ° кг азота (сравните это с фиксацией [c.82]

Какова роль бактерий и растений в биологической фиксации азота [c.150]

Федоров М. В. Биологическая фиксация азота атмосферы. Сельхозгиз, 1952. [c.640]

Природа активных центров, вызывающих активацию молекулы азота, еще недостаточно ясна, однако очень важным для понимания процесса биологической фиксации азота является обязательное присутствие соединений ряда переходных металлов (Мо, Ге. Со и др.) в биологически активных системах, связывающих азот. Полагают [96], что взаимодействие молекулы азота с металлсодержащим ферментом протекает следующим образом [c.193]

Рассмотрим, например, как этот принцип выполняется в биологической фиксации азота — процессе, который сейчас широко изучается, в частности, в Институте химической физики АН СССР. [c.29]

Интересные данные с применением изотопа К получены Ф. В. Турчиным при изучении биологической фиксации азота в клубеньках бобовых. [c.562]

В конце концов большинство ученых пришло к заключению, что среди других почвенных процессов биологической фиксации азота нитрификация играет положительную роль в сельском хозяйстве. [c.43]

Большой интерес представляют также попытки повысить эффективность биологической фиксации азота. Например, с помощью различных генетических манипуляций можно вызвать дерепрессию генов нитро-геназы. В результате выражение этих генов становится конститутивным (гл. 15, разд. Б, 1), а это дает возможность получать бактерии, способные фиксировать азот в почве или в клубеньках значительно быстрее, чем это делают природные штаммы. Обычно гены нитрогеназы репрессируются при накоплении в клетках глутамина, о чем подробнее говорится в разд. Б, 2. Гены азотфиксации обнаружены только в прокариотах. Важным достижением в области сельского хозяйства явилось бы осуществление переноса этих генов (с сохранением их функциональной активности) в зеленые растения (гл. 15, разд. 3. 4). [c.88]

Вопросами биологической фиксации азота занимались многие ученые большинства стран мира. Среди них первое место заслуженно принадлежит русским ученым. [c.43]

Хотя процессы биологической фиксации азота в природе протекают и без постороннего вмешательства человека, но наука дала в его руки методы рационального управления этими процессами. Разработаны н научно обоснованы способы обработки почвы и создана мощная сельскохозяйственная техника, позволяющая осуществлять эту обработку на практике. [c.44]

Во время грозы молекулярный азот воздуха соединяется с кислородом и вместе с влагой попадает в почву. В свою очередь, в почве протекают процессы биологической фиксации азота. Фиксированный азот усваивается растениями и, переходя в организм человека и животного, совершает круговорот, который уже миллиарды лет осуществляется в природе. [c.67]

Как видно из приведенной схемы, при восстановлении гидразинов или при их гидролизе аммиак и гидроксиламин образуются только в качестве побочных продуктов. Первичное образование этих продуктов Федоров считает невозможным. Вместе с тем он отвергает теории, за основу фиксации принимавшие аммиак или гидразин. Мы привели их в этой главе, имея в виду кратко осветить историю изучения такого сложного и интересного процесса, как биологическая фиксация азота. [c.169]

Синтез комплексов, содержащих группу N2 со значительно ослабленной связью азот — азот, открывает возможность прямой фиксации азота из атмосферы, что давно привлекает химиков. Это позволит разобраться в родственных процессах биологической фиксации азота с помощью ферментов. [c.425]

Рассмотрены вопросы строения клеточной стенки у различных типов микрооргяниамов, химический состав и строение мембран, а также транспорт веществ через эти структуры с позиции биохимии. Дай раздел, посвященный метаболизму превращений в процессе роста и развития микроорганизмов. Детально освещены пути биосинтеза аминокислот, антибиотиков, витаминов, липидов, токсического начала микробных средств защиты растений, ксенобиотиков, нуклеотидов и нуклеозидов, их производных и флавинов. Рассмотрены некоторые аспекты синтеза биологически активных веществ у микробов, способных к биологической фиксации азота, а также у фотосинтезирующих и метилотрофных микроорганизмов. Кратко показаны взаимосвязи различных биосинтетических путей. [c.2]

Наличие в мире микроорганизмов таких ферментных систем, каких нет у животных и высших растений. Они возникают в результате приспособления микробов к различным условиям внешней среды. В качестве примера можно привести огромный по своему значению процесс ассимиляции атмосферного азота. Как известно, микроорганизмы почвы могут непосредственно ассимилировать азот и, следовательно, у них и для этого имеется соответствующий ферментативный аппарат. Ни животные, ни растения способностью к биологической фиксации азота воздуха не обладают. [c.99]

Среди ферментативных процессов, протекающих в почве, наиболее важным является процесс фиксации атмосферного азота. Азот, необходимый растению, в частности для синтеза белков, растения получают из земли. Повышение плодородия почв невозможно без значительного улучшения их азотного баланса. Но обеспечить потребность растений в азоте одними минеральными удобрениями нельзя. В нашей стране ежегодно с урожаем зерновых из земли выносится около 4 млн. т азота, тогда как общее производство азотных удобрений, в пересчете на азот, не очень велико, причем идут они главным образом под технические культуры. Чтобы получить запланированный урожай зерновых в 20—25 ц с гектара, в почве должно содержаться не менее 60— 75 кг га азота. За счет удобрений можно обеспечить лишь часть этого количества. Даже при ускоренном развитии промышленности, выпускающей удобрения, еще ряд лет придется рассматривать биологическую фиксацию азота как один из основных источников обогащения почвы азотом. [c.306]

Можно полагать, что к концу 2000-го года будут расшифрованы ферментативные механизмы двух процессов, имеющих значение для развития всего человечества,— фотосинтеза и биологической фиксации азота. В связи с этим будут разработаны принцип фотосинтезирующей машины, в которой получение органического вещества будет происходить по типу завода,без использования растений, при помощи полиферментных систем, и принципы машин, подобным же образом связывающих азот воздуха и вырабатывающих в частности, азотистые удобрения. Решению подобных вопросов будет способствовать быстро происходящее выяснение механизмов управления действием ферментов в клетке. [c.338]

Опубликован обзор по вопросу биологической фиксации азота [131]. [c.432]

Интересные данные с применением изотопа получены Ф. В. Турчиным при изучении биологической фиксации азота в клубеньках бобовых. В этих опытах бобовые растения (горох, клевер, люцерна) выращивали в почвенных культурах в сосудах 20 х 20 см. В период наиболее интенсивной фиксации атмосферного азота сосуды с опытными растениями помещали в специальную стеклянную камеру, куда вводился газообразный азот, обогащенный изотопом В результате этих исследований было установлено, что накопление первичных продуктов фиксации атмосферного азота происходит не в клетках бактерий, а в клубеньковой ткани. [c.514]

Было обнаружено, что в биологической фиксации азота участвуют значительно более сложные системы электронного переноса. Детальный механизм этого процесса остается неизвестным один из возможных путей электронного переноса представлен на схеме 16, где FAD - флавинадениндинуклеотид. [c.143]

Аммиак, хотя и является продуктом биологической фиксации азота, не накапливается в организмах, способных выполнять этот процесс. Если азотфиксирующий организм связан с высщим растением, аммиак может храниться в виде аминокислот аспарагина и глутамина. В других случаях связанный азот в виде аммиака выделяется в окружающую среду, где его могут непосредственно использовать другие организмы, не способные к самостоятельной фиксации азота. Аммиак может быть также подвергнут процессу нитрификации, в котором нитрифицирующие бактерии окисляют его до нитрат-иона (схема 7). [c.403]

КМОг + 02- КМОз + 17,5 ккал (выделяется свободная энергия) Биологическая фиксация азота N2 2 N (активированная форма азота) - 100 ккал (требуется затратить энергию для активации) 2 М + 3 Н2 2 МНз "12,8 ккал (выделяется свободная энергия) [c.141]

Максимальное количество при любых сроках экспозиции бобовых растений в атмосфере меченого азота было обнаружено в амидной группе аспарагина клеточного сока клубеньков так как аспарагин образуется из аммиака и аспарагиновой кислоты, то, вероятно, одним из первых продуктов биологической фиксации азота является аммиак. [c.563]

Азотфиксирующие бактерии, заселяющие около 100 м-иллионов гектаров посевных площадей нашей страны, могут обеспечить азотом более /з урожая зерновых культур в год. Отсюда понятен тот огромный интерес, который проявляют многие ученые к вопросам биологической фиксации азота. [c.45]

Крупный ученый, профессор М. В. Федоров, в своей книге Биологическая фиксация азота атмосферы , высказьивает мнение, что количество азота, фиксируемого бактериями, еще не достигло своего предела. По его мнению, при современном состоянии науки может быть найдена возможность еще более широкого управления процессами биологической фиксации азота из воздуха. [c.45]

Биологическая фиксация азота атмосферы связана с жизнедеятельностью находящихся в почве микроорганизмов — бактерий. Еще более 150 лет тому назад было установлено, что почва, на которой росли бобовые растения, становится плодороднее. На возможность связывания азота воздуха некоторыми микроорганизмами впервые в 1896 г. обратил внимание физик П. С. Коссо-вич. Исследуя клубеньки бобовых растений, М. С. Воронин в 1865 г. обнаружил, что они содержат микроорганизмы, в состав которых входит большое количество азота. Бактерии, живущие в симбиозе с корнями бобовых растений, питаются соками растений, поглощают азот воздуха и перерабатывают его в форму, доступную для усвоения растениями. [c.11]

Технологии будущего смогут широко использовать штаммы микроорганизмов, полученные методами генной инженерии. В связи с этим освещаются успехи биотехнологии, достигнутые в работе с микроорганизмами, участвующими в биодеградации ароматических соединений, и трудности, вызванные плохоразру-шающимися ксенобиотиками. Также рассматриваются биологическая борьба с вредителями и биологическая фиксация азота. В последней, теоретической главе оцениваются возможности биотехнологии и ее роль в природоохранных технологиях. [c.6]

Химический анализ микроорганизмов показывает, что в СВ в среднем содержание углерода составляет 50 %, азота — 5% и фосфора — 0,25—1,0% [462]. Так как приблизительно 50% углерода в комцостируемом материале превращается в диоксид, оптимальное начальное отношение /N будет равно 25/1, если только азот не теряется в ходе процесса. Более высокое значение этого отношения приводит к окислению избыточного углерода, микроорганизмы после многих жизненных циклов достигают конечного значения этого отношения—10/1. Если /N С < 25/1, как это бывает в случае сырого активного ила и навоза, азот будет удаляться в виде аммиака, часто в больших количествах. Потеря азота за счет улетучивания аммиака может быть частично восполнена благодаря активности бактерий-азот-фиксаторов, появляющихся в основном при мезофильных условиях на поздних стадиях биодеградации. Показано, что биологическая фиксация азота ингибируется аммиаком и высокими температурами [460], поэтому она происходит на поздних стадиях процесса. Неопределенность величины потери азота делает сложным точное определение требуемого начального значения /N, но на практике оно рекомендуется в пределах от 25/1 до 30/1. При низких значениях /N потеря азота в форме аммиака может быть частично подавлена добавлением избыточных фос- [c.238]

Биологическая фиксация азота играет первостепенную роль в поддержании в почве уровня связанного азота. Как показано на фиг. 241, за возвращение в почву связанного азота взамен того, который уносится в океан путем эрозии, выщелачивания и орошения, и того, который уходит в атмосферу вследствие денитрификации, ответственны различные биологические агенты. Важная в количественном отношении и легко демонстрируемая азотфиксация в этом цикле осуществляется симбиотической системой бобовых растений и бактерий, я ивущих в их корневых клубеньках. Свободнон<ивущие бактерии [c.589]

Поскольку промышленные удобрения становятся все более дорогостоящими, можно предвидеть увеличение масштабов использования бобовых для биологической фиксации азота к тому же, как уже отмечалось в гл. 3, многие бобовые оказывают аллелопатическое воздействие на некоторые культурные растения. Например, Лыхварь и Назарова [26] исследовали рост нескольких видов бобовых и кукурузы в чистой и смешанной культурах. Оказалось, что благоприятное влияние бобовых, растущих совместно с кукурузой, зависит от сорта бобового. Многие сорта давали в смешанных посевах отрицательные результаты, проявляя чисто аллелопатические эффекты. Следствием этой работы было выведение новых сортов бобовых специально для смешанных посевов с кукурузой и другими кормовыми растениями. В будущем большое внимание будет уделяться селекции совместимых растений для смешанных посевов во всем мире. [c.152]

Биологическая или, точнее, биохимическая фиксация азота играет огромную роль в накоплении ресурсов связанного азота в земледелии. Посевы бобовых культур при достаточно удовлетворительных почвенно-кли]матических и агротехнических условиях накапливают в урожае надземной массы и в корнях, в зависимости от вида бобовых, от 100 до 250—300 кг азота на 1 га в год. Из этого количества примерно /з азота поступает в растения из почвы, а 3 — за счет фиксации азота из воздуха. При современной структуре посевных площадей и урожайности возделываемых на них с.-х. культур общий вынос азота с урожаями всех культур во всем мире составляет примерно 45 млн. т, в том числе вынос азота бобовыми около 6—6,5 млн. т. Считая, что две трети всего азота поступает в бобовые за счет фиксации азота воздуха, можно принять, что вклад бобовых в снабжение всех посевов мира азотом в 1960/61 г. определялся примерно в 4 млн. т. Это в 2,5 раза меньше, чем дает сельскому хозяйству мировая азотная промышленность (около 10 млн. т в 1961 г.). Фиксация азота бобовыми в земледелии СССР на 1960/61 г. оценивалась примерно в 600 тыс. г в год. В связи с происходящим в настоящее время резким расширением посевов бобовых культур (бобы, горох) размеры биологической фиксации азота в СССР соответственно возрастают. Кроме бобовых, значительную роль в качестве азотособирателей в дикой растительности играют указанные небобовые растения (ольха, мирт болотный и др.), а на рисовых полях — синезеленые водоросли. Масштабы фиксации азота свободноживущими в почве бактериями сравнительно невелики и они в значительной мере зависят от особенностей почвы, количества и качества органического вещества в почве и других условий. По оценке отдельных авторов в результате жизнедеятельности этих бактерий на гектаре площади фиксируются в год от о—10 до 25 и даи о до 50 кг азота. [c.44]

При комнатной температуре азот реагирует только с литием, давая Ь1зН, и усваивается азотфиксирующими бактериями, как свободно живущими, так и симбиотическими, на корневых узелках клевера, гороха и т. д. Механизм фиксации азота этими бактериями полностью еще не изучен, хотя полагают, что конечным продуктом восстановления является аммиак. Начальная атака по азоту, несомненно, должна включать координацию молекулы у некоторого участка, вероятно, атома переходного металла есть некоторые сведения, что спектры поглощения определенных энзиматических систем подтверждают образование комплекса. Тем не менее механизм биологической фиксации азота остается одной из наиболее важных нерешенных проблем химии. [c.163]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология