Биологическая фиксация - азот
Cтраница 3
За последнее десятилетие работами ученых двух институтов АН СССР - Института элементоорганических соединений и Института химической физики - также опровергнуто прежнее представление об исключительной инертности молекулярного азота. Как писали в статье Разгадки давнего парадокса ( Правда, 22 марта 1975 г.) сотрудники этих институтов М. Е. Вольпин и А. Е. Шилов, в последние годы им удалось понять, каким образом происходит биологическая фиксация азота. Оказывается, в тканях живых организмов находятся соединения переходных металлов - молибдена, ванадия, железа и др., а в присутствии этих соединений молекулярный азот уже при обычных температурах и давлении проявляет высокую способность к реакциям и образует продукты, разлагаемые водой до аммиака. [31]
Выше уже отмечалось, что меченый азот в первую очередь и в больших количествах обнаруживается именно в аспиранте, в амидной фракции. Так как аспарагин образуется в растениях в результате взаимодействия аммиака с аспарагиновой кислотой, то имеются основания считать, что именно аммиак и является одним из первичных ( если только не первым) продуктов биологической фиксации азота атмосферы в клубеньковой ткани бобовых растений. [32]
Одной из важнейших проблем современности является возможность фиксации атмосферного азЪта 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. [33]
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. [34]
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 азэта 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 и другими элементами при нормальном давлении и комнатной температуре. [35]
Так как приблизительно 50 % углерода в компостируемом материале превращается в диоксид, оптимальное начальное отношение C / N будет равно 25 / 1, если только азот не теряется в ходе процесса. Если C / N 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. [36]
Рассмотрены вопросы строения клеточной стенки у различных типов микроорганизмов, 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. [37]
 |
Разрушение клетчатки микроорганизмами. левая колба - незараженная клетчатка ( контроль. в других колбах клетчатка находится на разных стадиях распада ( по Имшенецкому. [38] |
Как видно из приведенной схемы, при восстановлении гидразинов или при их гидролизе аммиак и гпдроксиламин 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. [39]
Круговорот азота также охватывает все области биосферы. Хотя его запасы в атмосфере практически неисчерпаемы, высшие растения могут использовать азот только после его соединения с водородом или кислородом. Важнейшую роль при этом играют азотфиксирующие бактерии. Азот вовлекается в биогенный круговорот двумя путями: 1) путем растворения разных оксидов азота в дождевой воде и поступления его таким образом в почвы, воду и океан; 2) путем биологической фиксации азота клубеньковыми бактериями, свободными азотфиксирующими микроорганизмами. Азот в живых организмах занимает очень важное место, он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Молекулярный азот атмосферы могут усваивать лишь некоторые микроорганизмы и сине-зеленые водоросли, переводя его в азотистые соединения. [40]
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. [41]
Это указывает, что фиксированный меченый азот попадает в тела бактерий из тканей высшего растения, которое является источником азотного питания для бактерий. Таким образом, фиксация атмосферного азота локализована не в теле клубеньковых бактерий, а в клубеньковой ткани высшего растения. Важная роль клубеньковых бактерий заключается в том, что они индуцируют образование этой специфической клубеньковой ткани. Дальнейшие исследования показали, что максимальное содержание меченого азота в отдельных азотистых фракциях клеточного сока клубеньков всегда приходится на амидную группу аспарагина и глутамина. Так как эта группа может рассматриваться как трансформированный аммиак, то именно аммиак и является конечным неорганическим продуктом биологической фиксации азота. [42]
Способностью к азотфиксации обладают отдельные роды синезеленых водорослей, а также некоторые виды живущих в почве бактерий, как Azoto-bacter, Clostridium, Azotomonas и некоторые другие. Биохимическая фиксация атмосферного азота во всех названных организмах осуществляется при участии специальных ферментных систем. В последнее время из отдельных растений и бактерий удалось выделить бесклеточные ферментные препараты, в результате каталитического действия которых в искусственных условиях, вое живой клетки, происходит фиксация атмосферного азота. Конечным неорганическим продуктам этой фиксации является ам миак МНз, который затем в организме растения или бактерии используется на синтез аминокислот и далее на синтез белка. Промежуточные продукты фиксации от N2 до NH3 пока не установлены. Биологическая или, точнее, биохимическая фиксация азота играет огромную роль в накоплении ресурсов связанного азота в земледелии. Посевы бобовых культур при достаточно удовлетворительных почвенно-климатических 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 2 / з - за счет фиксации азота из воздуха. Фиксация азота бобовыми в земледелии СССР на 1960 / 61 г. оценивалась примерно в 600 тыс. т 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. [43]
Страницы: 1 2 3