Бобовые, фиксация азота

Бобовые культуры и фиксация азота при симбиозе [c.356]

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]

Культивирование бобовых растений является мощным средством общего поднятия урожайности, так как накапливаемый их корнями азот сохраняется в почве. Так, клевер или люпин дает примерно 150 кг связанного азота на 1 га. Каждый куст люпина (или другого бобового) есть в сущности миниатюрный завод по утилизации атмосферного азота, работающий даром за счет солнечной энергии (Д. Н. Прянишников). С химической стороны процесс фиксации азота клубеньковыми бактериями еще недостаточно выяснен, но ведет, по-видимому, к образованию аммиака (9). [c.435]

Рис. 22-27. Корневые клубеньки одного из бобовых растений согтсиЬш), в которых идет процесс фиксации азота. Осуществляющие фиксацию азота бактерии-симбионты образуют большие скопления, тесно связанные с клетками корня. Эти клетки поставляют бактериям некоторые факторы, необходимые для фиксации азота, в частности леггемоглобин, обладающий очень высоким сродством к кислороду. Кислород-мощный ингибитор нитро-геназы.

Глобины — это мономерные или олигомерные гемсодержащие белки. Они встречаются в разнообразных организмах, в том числе в бобах, насекомых и человеке [145]. Представители семейства глобинов участвуют в транспорте О2, в фиксации азота клубнями корней бобовых растений, регулировке наполнения плавательного пузыря некоторых видов рыб и в других биологических функциях 1549, 550]. Были изучены трехмерные структуры большого числа [c.219]

С ростом и развитием бобового растения постепенно усиливается активность клубеньковых бактерий, и к периоду цветения она достигает максимума. Следует иметь в виду, что степень фиксации азота в большей мере зависит от величины клубеньков, чем от возраста растений. К осени, в конце вегетации, количество бактерий в клубеньках уменьшается, клубеньки постепенно отмирают, и бактерии снова попадают в почву. [c.194]

Кроме специфичности, расы клубеньковых бактерий различаются по вирулентности и активности. Вирулентность — способность их проникать через корневые волоски в корень бобового растения и образовывать клубеньки. Активностью клубеньковых бактерий называют способность их к усвоению азота атмосферы. Только активные штаммы этих бактерий снабжают бобовые растения азотом. Неактивные же даже угнетают расте-ние-хозяина. При заражении корней вирулентными, но неактивными клубеньковыми бактериями образуются клубеньки, но фиксации азота не происходит. Клубеньковые бактерии, используемые для приготовления нитрагина, должны обладать большой вирулентностью и высокой активностью. Если вирулентность клубеньковых бактерий нитрагина выше вирулентности уже находящихся в почве менее активных бактерий, то это позволяет клубеньковым бактериям нитрагина проникать в корень быстрее и в большом количестве. [c.414]

При наличии во внешней среде достаточного количества минерального азота фиксация бобовыми растениями азота из атмосферы уменьшается. [c.451]

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

Отдельные бобовые растения довольно сильно различаются между собой по энергии фиксации азота. Посев бобовых на 1 га может дать в течение вегетационного периода накопление азота в количестве от 80 до 200 и более килограммов. Большое накопление азота дает люцерна, обладающая колоссальной корневой системой. [c.166]

Значение этой группы в фиксации азота может быть очень легко продемонстрировано. Количество азота, связанного бобовыми растениями в США за один год, оценивается приблизительно в 5,5 млн. тонн. Описано около [c.590]

В настоящее время возник интерес к выведению азотфиксирующих бактерий с повышенной активностью гидрогеназы. Последняя может окислять Нг в Н+. Объясните, почему это могло бы привести к более высокой эффективности фиксации азота в корневых клубеньках бобовых [см. Dixon R. О. D., Nature (London), 262, 173 (1976)]. [c.175]

Рис. 13.1. Симбиотическая фиксация азота в корневых клубеньках бобовых. А. Корень гороха с клубеньками. Б. Клубеньки в разрезе. В. Растительная клетка, заполненная бактериями КМгоЫит), в разрезе. Г.. Бактерии, находящиеся в клетках растеиия, приобретают необычную форму (бактероиды, инволюционные формы). Д. Внедрение бактерий через кончики корневых волосков и рост инфекционных нитей. Все рисунки сильно схематизированы.

Таким образом, более перспективно повышение эффективности фиксации азота в уже существующих природных системах за счет воздействия на гень1, контролирующие этот процесс, а также увеличение мощности корневой системы бобовых растений и создание новых азотфиксирующих систем с помощью методов клеточной инженерии. [c.153]

Нитрагин — наиболее распространенное бактериальное удобрение, используемое для инфицирования семян бобовых растений. Клубеньковые бактерии принадлежат к роду Rhizobium. Это аэробные небольшие палочковидные, иногда подвижные, грамотрицательные, бесспоровые бактерии. В клубеньках корневой системы растений бактерии образуют разнообразные по форме бактериоиды. Клубеньковые бактерии хорошо растут на средах, содержащих экстракт (отвар) из бобов или других растений, при температуре 20—26°С и pH 7,0. Для каждой культуры бобовых растений нитрагин готовят из соответствующих штаммов группы клубеньковых бактерий, которые микробиологи получают путем тщательного отбора, исходя как из способности фиксации азота, так из интенсивности проникновения бактерий в клубеньки корневой системы растений. [c.129]

Процесс фиксации азота обнаружен только в клетках прокариот. Однако он тесно связан с азотным питанием бобовых и небобовых растений, образующих симбиотические и ассоциативные азотфцк-сирующие системы. [c.141]

Иной способ фиксации азота свойствен растениям семейства бобовых, к которому относятся горох, фасоль, клевер и люцерна. Этот способ фиксации-его называют симбиотической азотфиксацией-основан на взаимодействии растения-хозяина с бактериями-симбионтами, обитающими в его корневых клубеньках. Ферменты, участвующие в фиксации азота, принадлежат клубеньковым бактериям, но и растение в свою очередь поставляет для этого процесса некоторые необходимые компоненты, которые у бактерий отсутствуют (рис. 22-27). Наряду с бобовыми способностью фиксировать атмосферный азот обладают и некоторые другие виды растений однако подавляющее большинство небобовых растений и все виды животных такой способности лишены. [c.675]

Существуют бактерии и водоросли, способные восстанавливать атмосферный азот до аммиака (фиксация азота), который затем превращается растениями в аминокислоты, белки и другие азотсодержащие соединения. Такой способностью наделена довольно разнообразная группа организмов. Растения семейства бобовых, например соя, клевер и люцерна, фиксируют азот с помощью бактерий, живущих на их корнях. Около 170 разновиднобтей небобовых растений используют аналогичный прием. Кроме того, природными фиксаторами азота являются некоторые свободно живущие бактерии и сине-зеленые водоросли. [c.41]

Таким образом, содержание белков в семенах бобовых в первую очередь определяется интенсивностью фиксации азота клубеньковыми бактериями, а все другие факторы оказы вают лищь дополнительное влияние на изменчивость их химического состава. Следовательно, для получения высоких по количеству и качеству урожаев бобовых культур необходимо прежде всего создать такие условия, при которых наиболее интенсивно фиксируется атмосферный азот. [c.399]

При комнатной температуре азот вступает лишь в реакции с металлическим литием (образуя при этом нитрид LisN), с некоторыми комплексами переходных металлов и связывается некоторыми фиксирующими азот бактериями, живущими независимо или в симбиозе с бобовыми растениями в корневых клубеньках клевера, гороха, бобов и им подобных. Механизм фиксации азота бактериями не изучен. [c.330]

S.6. Улучшение симбиоза между бобовыми и Rhizobium Симбиотические отношения, приводящие к фиксации азота, [c.363]

На то, что клевер и другие бобовые растения обогащают почву азотом, впервые указал Буссенго. Установление связи между фиксацией азота и корневыми клубеньками бобовых явилось заслугой Хелльригеля и Вильфарта (1886-1888). Бобовые могут расти в отстутствие связанного азота лишь в том случае, если их корни усеяны клубеньками, которые образуются в результате заражения корневых волосков бактериями из почвы (рис. 13.1). [c.395]

Корневые клубеньки у небобовых растений. [У некоторых растений, не относящихся к бобовым, тоже имеются корневые клубеньки, способные фиксировать N2- Фиксация азота и здесь основана на симбиозе с прока-риотамш В случае эндосимбионтов речь идет в большинстве случаев об актиномицетах, принадлежащих к роду Fran kia. [c.398]

При возделывании бобовых (кормовых, зерновы или сидеральных) культур обычно ограничиваются внесением в почву од их фосфорно-калийных удобрений. Потребность бобовых в азотном питаний должна быть удовлетворена в основном в результате деятельности клубеньковых бактерий. Чем больше азота атмосферы будет связано бобовыми, тем выше их кормовое, пищевое и агротехничЬское достоинство. Одним из важных приемов усиления фиксации азота бобовыми является применение нитрагина. [c.413]

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]

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]

Уникальной характеристикой активных клубеньков является присутствие красного пигмента, леггемоглобина. Подобно гемоглобину млекопитающих леггемоглобин обладает важным свойство.м — способностью к связыванию и иммобилизации кислорода. Существенно также, что этот процесс обратим. Значение этого белка, производимого бобовыми и располагающегося в цитоплазме хозяина [558], было понято только после осознания роли кислорода. Ризобактерии — строгие аэробы, они могут расти и размножаться только в присутствии кислорода. Однако энзим, который они вырабатывают, нитрогеназа, инактивируется при высоком содержании кислорода и может фиксировать азот только в бескислородной атмосфере. Похоже, что леггемоглобин осуществляет необходимую регуляцию распределения кислорода внутри клубеньков. Он связывается с молекулярным кислородом, так что нитрогеназа не ингибируется, но связанный кислород может быть доступным в дыхательных центрах в цитоплазме хозяина вблизи бактероидов [559]. Структурная организация клубеньков также способствует быстрому удалению продуктов фиксации азота, накопление которых ингибирует связывание. [c.278]

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]

При изучении симбиотической фиксации N2 внимание исследователей было сосредоточено главным образом па бобовых растениях. Однако существуют многочисленные небобовые растения, способные к симбиотической фиксации азота. Из них наиболее интенсивно исследовали ольху, поскольку она широко распространена, интенсивно фиксирует азот и имеет большие клубеньки. Природа микроорганизма, который вызывает образование клубеньков у ольхи, до сих пор не выяснена, так как его до настоящего времепи не удавалось культивировать вне растения и затем заразить свободное от микроорганизма растение и вызвать образование клубеньков. Многие исследователи на основании довольно убедительных косвенных данных считают, что этот микроорганизм относится к актиномицетам. [c.592]

Окись углерода, которая оказывает ингибирующее действие на самые разнообразные ферменты, конкурирует с N2, являясь ингибитором фиксации азота растворимой ферментной системой из lostridium pasteurianum. При рсо, равном всего 0,0002 атм, фиксация азота растениями клевера в воздухе подавляется на 45—65%, а при Рсо, равном 0,004 атм, фиксация азота азотобактером в воздухе подавляется примерно на 45%. У бобовых растений тормозящий эффект СО может быть обусловлен связыванием гемоглобина клубеньков. Однако окись углерода ингибирует также системы, в которых гемоглобин не был обнаружен. [c.595]

Доказательства, подтверждающие гопотезу об участии гидроксиламина в азотфиксации, основывались главным образом на изучении продуктов, выделяющихся из корневых клубеньков бобовых растений (аспарагиновая кислота, Р-аланин, оксиминоянтарная кислота). Однако, поскольку эти выделяющиеся соединения могли образоваться задолго до выделения и после того претерпеть самые разнообразные превращения, эти соединения не имеют прямого отношения к первичным продуктам фиксации азота. Таким образом, этим доказательствам недостает специфичности. [c.597]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология