«Азотфиксация»

процесс связывания молекулярного азота (N₂) атмосферы и перевода его в азотистые соединения. А. осуществляется азотфиксирующими микроорганизмами (См. Клубеньковые бактерии), в том числе клубеньковыми бактериями (См. Клубеньковые бактерии), и др. микроорганизмами (бактерии, актиномицеты, дрожжи, грибы и сине-зелёные водоросли), обитающими в почвах, пресных водоёмах, морях и океанах. А. — важнейший биологический процесс, играющий большую роль в круговороте Азота в природе и обогащающий почву и водоёмы связанным азотом. В атмосфере содержится над 1 га почвы более 70 000 т свободного азота, и только в результате А. часть этого азота становится доступной для использования высшими растениями. Свободноживущие азотфиксирующие бактерии связывают несколько десятков килограммов азота на 1 га в год. Сине-зелёные водоросли на рисовых полях фиксируют до 200 кг/га азота в год. Общая прибыль азота (в надземных органах и пожнивных остатках) при культивировании бобовых растений составляет от 57,5 до 335 кг/га в год. Количество азота, внесённого в почву бобовыми растениями за счёт деятельности клубеньковых бактерий, достигает 100 — 250 кг/га за сезон. Естественно, этот процесс имеет большое значение для улучшения почв и повышения урожайности с.-х. культур. С этой целью перед посевом семена бобовых смешивают с препаратами клубеньковых бактерий, делают бобовые предшественниками злаков в севообороте, сеют кукурузу с клевером, вику с овсом и пр. Исследование механизма А. очень важно. Ещё в 1894 С. Н. Виноградский предположил, что в результате А. образуется аммиак. Современными методами исследования, в том числе с применением тяжёлого изотопа азота (N¹⁵), это предположение подтверждено. А. Н. Бах полагал (1934), что А. — результат сопряжённого действия окислительно-восстановительных ферментов. Установлено, что восстановление молекулярного азота (N₂) до аммиака (NH₃) происходит при участии ферментной системы, содержащей железо, молибден, магний и функционирующей как переносчик электронов к N₂. Азотфиксирующие ферментные системы катализируют восстановление N₂ в присутствии источника энергии — аденозинтрифосфата (АТФ) и восстановителя, например молекулярного водорода (H₂) или гидросульфита (Na₂S₂O₄). Т. о., собственно А., осуществляемая при помощи ферментов, не нуждается в кислороде и является восстановительным процессом.

Лит.: Кретович В. Л., Любимов В. И., Биохимия фиксации азота, «Природа», 1964, № 12, с. 14—21; Мишустин Е. Н., Шильников а В. К., Биологическая фиксация атмосферного азота, М., 1968.

В. Л. Кретович, В. И. Любимов.

АЗОТФИКСАЦИЯ - связывание молекулярного азота атмосферы и перевод его в азотистые соединения. Биологическая азотфиксация осуществляется клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с высшими растениями (симбиотическая азотфиксация), а также свободноживущими азотфиксаторами - азотобактером, цианобактериями, спириллами, энтеробактериями, микобактериями (несимбиотическая азотфиксация). Азотфиксация играет важную роль в круговороте азота в природе и обогащении почвы и водоемов связанным азотом (симбиотическая азотфиксация ежегодно может обогащать 1 га почвы на 200-300 кг азота, несимбиотическая - на 15-30 кг). В промышленности азотфиксация происходит при синтезе аммиака из газообразных H2 и N2 в условиях относительно высоких температуры и давления. Показана возможность азотфиксации при комнатной температуре и атмосферном давлении под действием комплексов переходных металлов.

АЗОТФИКСАЦИЯ, включение азота воздуха в соединение, доступное для использования растениями и другими организмами. Биологическая азотфиксация осуществляется азотфиксирующими микроорганизмами, многие из которых живут в симбиозе с высшими растениями (клубеньковые бактерии). Азотфиксация играет важную роль в круговороте азота в природе и обогащении почвы и водоемов связанным азотом (симбиотическая азотфиксация ежегодно может обогащать 1 га почвы на 200-300 кг азота, свободноживущие организмы - на 15-30 кг). Ведутся работы по созданию с помощью генетической инженерии сельскохозяйственных растений, способных к самостоятельной азотфиксации.

АЗОТФИКСАЦИЯ, в биологии - связывание атмосферного азота в химические соединения для потребления живыми организмами. Азотфиксирующие микроорганизмы (главным образом, БАКТЕРИИ и ЦИАНОБАКТЕРИИ) погдощают азот из воздуха, почвы или из воды и перерабатывают его в АММИАК и аммонийные соединения. Другие бактерии затем превращают эти соединения в НИТРАТЫ, которыми питаются растения. Некоторые азотфикси-рующие бактерии живут в СИМБИОЗЕ с другими организмами. Бактерии, живущие в корнях растений, особенно членов семейства бобовых, меняют азотные соединения на углеводороды. Перепахивание почвы с остатками этих растений обогащают почву нитратами. Цианобактерии являются важными азотфиксаторами в морях, в пресной воде и в почве, и потому они очень важны для рисовых полей. см.АЗОТНЫЙ ЦИКЛ,СИМБИОЗ.

АЗОТФИКСАЦИЯ

биологическая, усвоение мол. азота воздуха азотфиксируюшими бактериями с образованием соединений азота, доступных для использования др. организмами. Один из важнейших процессов в круговороте азота в природе; показатель плодородия почвы. А. осуществляется как свободноживушими азотфиксируюшими бактериями — азотобактером, цианобактериями, азоспириллами и др. (несимбиотич. А.), так и симбиотич. азотфиксаторами, живущими в симбиозе с высшими растениями (напр., клубеньковые бактерии). Происходит с участием фермента нитрогеназы, к-рая катализирует восстановление N2 до NН3 в присутствии АТФ (источника энергии) и восстановителя, напр. ферредоксина. В атмосфере содержится над 1 га почвы более 70 тыс. т свободного азота, и только в результате А. часть этого азота становится доступной для питания высших растений (содержание доступного растениям азота в почве обычно невелико). При связывании N2 клубеньковыми бактериями в симбиозе с растениями сем. бобовых 1 га почвы ежегодно может обогащаться на 200—300 кг азота, а свободноживущими бактериями — на 15—30 кг азота (в умеренных широтах). Выяснение мол. механизмов и условий А.— одна из важнейших проблем совр. биологии, связанная с повышением плодородия почв. Ведутся работы по перенесению генов (методом генетич. инженерии), от к-рых зависит синтез нитрогеназы, из азотфиксирующих бактерий в другие почвенные микроорганизмы.

биологическая (от азот и ср. лат. fixatio- закрепление), связывание азота атмосферы и перевод его в азотсодержащие соед. микроорганизмами (свободноживущими или находящимися в симбиозе с растениями) или цианобактериями. Первый стабильный продукт, образующийся в результате А.,-аммиак, синтез к-рого катализирует мультифермент нитрогеназа. Последняя состоит из Mo-Fe-белка (собственно нитрогеназа) и Fe-белка (редуктаза нитрогеназы). Активностью обладает лишь комплекс обоих компонентов. Mo-Fe-Белок (мол. м. 200-250 тыс.) состоит из четырех субъединиц двух типов, содержит 2 атома Мо (в виде FeMo-кофактора), 28-34 атома негеминового Fe и 18-24 атома сульфидной S. Fe-Белок (мол. м. 50-60 тыс.) состоит из двух одинаковых субъединиц. Нитрогеназы, выделенные из разл. источников, во многом сходны, что подтверждается возможностью получения активных "гибридных" нитрогеназ (напр., Mo-Fe-белка из азотобактера с Fe-белком из клубеньков бобовых растений). Кроме N₂, нитрогеназа восстанавливает ряд соед., имеющих тройную связь (напр., азиды, цианиды, ацетилен). Способность нитрогеназы восстанавливать ацетилен используется для определения азотфиксирующей активности.

Для своего функционирования нитрогеназа нуждается в непрерывном притоке как энергии (в форме АТФ), так и электронов. Это обеспечивается благодаря дыханию и брожению, происходящим в микроорганизмах или в результате фотосинтеза. АТФ специфически связывается с Fe-белком, и образовавшийся комплекс переносит электроны от ферредоксина (железосодержащий белок-донор электронов) к Mo-Fe-белку. Восстановленный Mo-Fe-белок связывает N₂ и восстанавливает его до NH₃.

Установлена структура и локализация генов А. Осуществлен их перенос из азотфиксирующей бактерии в кишечную палочку, у к-рой после этого появляется способность к А. Исследования в этой области направлены на поиски высокоактивных штаммов азотфиксирующих бактерий, изучение возможности переноса генов А. в высшие растения (это позволило бы избавиться от необходимости применения азотных удобрений). Большое практич. значение имело бы создание более эффективных катализаторов для пром. синтеза NH₃ из N₂, подобных по механизму действия нитрогеназе.

А. играет важную роль в круговороте азота в природе и обогащении почвы и водоемов связанным азотом. Микроорганизмы, фиксирующие N₂ в симбиозе с растениями, могут обогащать 1 га почвы на 200-500 кг азота в год.

Лит.: Проблемы фиксации азота, М., 1982; Молекулярные механизмы усвоения азота растениями, М., 1983. Н. П. Львов.

азотфикса́ция

связывание молекулярного азота атмосферы и перевод его в азотистые соединения. Биологическая азотфиксация осуществляется клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с высшими растениями (симбиотическая азотфиксация), а также свободноживущими азотфиксаторами — азотобактером, цианобактериями, спириллами, энтеробактериями, микобактериями (несимбиотическая азотфиксация). Азотфиксация играет важную роль в круговороте азота в природе и обогащении почвы и водоёмов связанным азотом (симбиотическая азотфиксация ежегодно может обогащать 1 га почвы на 200—300 кг азота, несимбиотическая.— на 15—30 кг). В промышленности азотфиксация происходит при синтезе аммиака из газообразных H₂ и N₂ в условиях относительно высоких температуры и давления. Показана возможность азотфиксации при комнатной температуре и атмосферном давлении под действием комплексов переходных металлов.

* * *

АЗОТФИКСА́ЦИЯ, связывание молекулярного азота атмосферы и перевод его в азотистые соединения. Биологическая азотфиксация осуществляется клубеньковыми бактериями(см. КЛУБЕНЬКОВЫЕ БАКТЕРИИ), живущими в симбиозе с высшими растениями (симбиотическая азотфиксация), а также свободноживущими азотфиксаторами — азотобактером(см. АЗОТОБАКТЕР), цианобактериями, спириллами(см. СПИРИЛЛЫ), энтеробактериями, микобактериями(см. МИКОБАКТЕРИИ) (несимбиотическая азотфиксация). Азотфиксация играет важную роль в круговороте азота в природе и обогащении почвы и водоемов связанным азотом (симбиотическая азотфиксация ежегодно может обогащать 1 га почвы на 200—300 кг азота, несимбиотическая — на 15—30 кг). В промышленности азотфиксация происходит при синтезе аммиака из газообразных H₂ и N₂ в условиях относительно высоких температуры и давления. Показана возможность азотфиксации при комнатной температуре и атмосферном давлении под действием комплексов переходных металлов.

азотфикса́ция ж.

nitrogen fixation

связывание мол. азота атмосферы и перевод его в азотистые соед. Биол. А. осуществляется клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с высш. р-ниями (симбиотич. А.), а также свободноживущими азотфиксаторами - азотобактером, цианобактериями, спириллами, энтеробактериями, микобактериями (несимбиотич. А.). А. играет важную роль в круговороте азота в природе и обогащении почвы и водоёмов связанным азотом (симбиотич. А. ежегодно может обогащать 1 га почвы на 200-300 кг азота, несимбиотич.- на 15-30 кг). В пром-сти А. происходит при синтезе аммиака из газообразных Н₂ и N₂ в условиях относительно высоких темп-ры и давления. Показана возможность А. при комнатной темп-ре и атм. давлении под действием комплексов переходных металлов.