固氮作用
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固氮作用（nitrogen fixation）
是分子態氮被還原成氨和其他含氮化合物的過程。自然界氮（N2）的固定有兩種方式：一種是非生物固氮，即通過閃電、高溫放電等固氮，這樣形成的氮化物很少；二是生物固氮，即分子態氮在生物體內還原為氨的過程。大氣中90％以上的分子態氮都是通過固氮微生物的作用被還原為氨的。
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生物固氮
生物固氮是固氮微生物的一種特殊的生理功能，已知具固氮作用的微生物約近50個屬，包括細菌、放線菌和藍細菌（即藍藻），它們的生活方式、固氮作用類型有較大區別，但細胞內都具有固氮酶。不同固氮微生物的固氮酶均由鉬鐵蛋白和鐵蛋白組成。固氮酶必須在厭氧條件下，即在低的氧化還原條件下才能催化反應。固氮作用過程十分復雜，目前還不完全清楚。各種固氮微生物進行固氮作用的總反應可用以下簡式表示：
根據固氮微生物與高等植物的關系，可分為自生固氮菌、共生固氮菌以及聯合固氮菌。其所進行的固氮作用分別稱為自生固氮，共生固氮或聯合固氮。
自生固氮菌
自生固氮菌（Azotobacteria）是自由生活在土壤或水域中，能獨立進行固氮作用的某些細菌。以分子態氮為氮素營養，將其還原為NH3，再合成氨基酸、蛋白質。包括好氧性細菌，如固氮菌屬、固氮螺菌屬以及少數自養菌；兼性厭氧菌，如克雷伯氏菌屬；厭氧菌，如梭狀芽孢桿菌屬的一些種。還有光合細菌如紅螺菌屬、綠菌屬以及藍細菌（藍藻），如魚腥藻屬、念珠藻屬等。
共生固氮菌
共生固氮菌在與植物共生的情況下才能固氮或才能有效地固氮，固氮產物氨可直接為共生體提供氮源。共生固氮效率比自生固氮體系高數十倍。主要有根瘤菌屬（Rhizobium）的細菌與豆科植物共生形成的根瘤共生體，弗氏菌屬（Frankia）與非豆科植物共生形成的根瘤共生體；某些藍細菌與植物共生形成的共生體，如念珠藻或魚腥藻與裸子植物蘇鐵共生形成蘇鐵共生體，紅萍與魚腥藻形成的紅萍共生體等。在實驗條件下培養自生固氮菌，培養基中只需加入碳源（如蔗糖、葡萄糖）和少量無機鹽，不需加入氮源，固氮菌可直接利用空氣中的氮（N2）作為氮素營養；如培養根瘤菌，則需加入氮素營養，因為根瘤菌等共生固氮菌，只有與相應的植物共生時，才能利用分子態氮（N2）進行固氮作用。
聯合固氮
近年在上述兩個類型之間又提出一個中間類型，稱為聯合固氮。即有的固氮菌生活在某些植物根的粘質鞘套內或皮層細胞間，不形成根瘤，但有較強的專一性，如雀稗固氮菌與點狀雀稗聯合，生活在雀稗根的粘質鞘套內，固氮量可達15～93千克/公頃.年。其他如生活在水稻、甘蔗及許多熱帶牧草的根際的微生物，由于與這些植物根系聯合，因而都有很強的固氮作用。
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