生物固氮與人工模擬生物固氮

1、生物固氮與人工模擬固氮生物固氮與人工模擬固氮摘要摘要:生物固氮是生命科學中的重大基礎(chǔ)研究課題之一它在生產(chǎn)實際中發(fā)揮著重要作用:為植物特別是糧食作物提供氮素、提高產(chǎn)量、降低化肥用量和生產(chǎn)成本、減少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生態(tài)平衡和促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文旨在了解現(xiàn)在國際生物固氮和人工模擬生物固氮的現(xiàn)狀，思考如何使用生物技術(shù)（特別是蛋白質(zhì)工程）在固氮領(lǐng)域。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:生物固氮人工模擬固氮固氮酶化學模擬引言：引言：空氣中約80%

2、的氮氣不能被植物直接利用只有固氮微生物具有將氮氣轉(zhuǎn)化成氨的能力人們稱為生物固氮。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)1995年粗略估計全球每年由生物固定的氮量已近2106t(相當于4108t尿素)約占全球植物需氮量的34。所以生物固氮是地球上最大規(guī)模的天然氮肥工廠。但為了滿足需求還要新建很多氮肥廠投資上千億元.一方面適量使用化學氮肥可使糧食高產(chǎn)另一方面生產(chǎn)化學氮肥要大量消耗能源加重大氣污染和溫室效應(yīng).大量施用化肥不僅提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本而且導致水土污

3、染影響健康和破壞生態(tài)平衡.對于提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量降低化肥用量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本減少水土污染和疾病治理占我國國土面積約27%的荒漠化地區(qū)發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)生物固氮將起重要作用。而生物固氮中用到的固氮酶是一種重要蛋白質(zhì)，聯(lián)想到課瘤菌結(jié)瘤因子的結(jié)構(gòu)和生物合成根瘤菌及其宿主植物的基因組學、轉(zhuǎn)錄組學和蛋白質(zhì)組學固氮酶的結(jié)構(gòu)和功能及其化學模擬固氮效率的提高及其在農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護中的應(yīng)用等.這些研究要求生物學、農(nóng)學、化學和物理學等學科的交叉和結(jié)合引入新概念和新技術(shù)綜

4、合進行。[2]14目前自然界存在的固氮酶目前自然界存在的固氮酶自然界中存在的固氮酶是一種能夠?qū)⒎肿拥€原成氨的酶。固氮酶是由兩種蛋白質(zhì)組成的：一種含有鐵，叫做鐵蛋白，另一種含鐵和鉬mo2，稱為鉬鐵蛋白。這種酶在固氮的過程中每個電子的傳遞需要消耗2~3個ATP，而且一般固氮生物在固氮的同時也會產(chǎn)生氫氣，因此固氮的總反應(yīng)式可寫為：N28H8e2NH3H21.51.5我國生物固氮研究成果的國際認可和曾經(jīng)面臨的困境我國生物固氮研究成果的國際認可