Біологічна фіксація азоту.

Фіксація азоту, азотфіксація або діазотрофія — процес зв'язування молекулярного азоту атмосфери у своїй відносно інертній молекулярній формі (N2) у хімічні сполуки, корисні для інших хімічних процесів (наприклад, аміак, нітрати і діоксид азоту)[1].

Фіксація азоту виконується природно рядом прокаріотичних організмів, як бактеріями, так і археями. Мікроорганізми, що фіксують азот, називаються діазотрофами або азотфіксуючими мікроорганізмами. Деякі рослини, гриби і тварини формують симбіотичні асоціації з діазотрофами.

Найактивнішими фіксаторами атмосферного азоту є бульбочкові бактерії в асоціації з бобовими рослинами. Біологічна фіксація азоту. Велике значення в створенні азотного фонду в ґрунті має діяльність мікроорганізмів-азотофіксаторів, які належать до двох груп:

1) вільноживучі в ґрунті;

2) симбіотичні, які живуть на коренях деяких вищих рослин, переважно з родини бобових.

Значення цієї групи мікроорганізмів для фіксації азоту дуже велике. Описано близько 1300 видів бобових рослин, і більшість з них фіксують азот. Початковий процес зараження коренів бобових рослин і утворення бульбочок характеризується тим, що бактерії групуються навколо кореневих волосків і виділяють ростові гормони типу ацетилену. У відповідь на це кінчики кореневих волосків починають завиватися. Потім бактерії впроваджуються в кореневі волоски, а рослина утворює інфекційну нитку. Бактерії розмножуються і через інфекційну нитку проникають у середину клітини кори кореня. Ці клітини й утворюють кореневі бульбочки. Вони сполучаються з рослинами за допомогою судин.

Бульбочки утворюються в усіх випадках, але ефективність бактеріальних штамів у різних випадках різко відмінна. В одних спостерігається добра фіксація азоту, а в інших – слабка. Для фіксації азоту необхідно розраховувати на велику енергію, яка потрібна для розриву зв'язків у молекулі азоту. У бульбочкових бактерій азотфіксація пов'язана з окисно-відновними процесами, в яких бере участь гемоглобін клітин, що утворюється тільки бульбочковими бактеріями. У синьо-зелених водоростей фіксація азоту пов'язана з перетворенням світлової енергії.Кінцевим продуктом зв'язування азоту азотофіксаторами є аміак.

Для азотфіксації необхідні залізо, молібден, кобальт.

Аміак токсичний для рослинних клітин, тому він не повинен накопичуватися в них у великих кількостях. Аміак перетворюється в амінокислоти, вступаючи в реакцію з a-кетоглутаровою кислотою, в результаті чого утворюється глутамінова кислота, а при подальшій взаємодії з аміаком – глутамін із глутамінової кислоти. Інші амінокислоти синтезуються в ході процесу переамінування, при якому глутамінова кислота взаємодіє з іншими кетокислотами – попе-редниками нових амінокислот, переносячи на них свою аміногрупу і перетворюючись знову в a-кетоглутарову кислоту. Аспарагінова кислота – один із перших продуктів реакції переамінування. В цьому випадку рецептором аміногрупи є щавелевооцтова кислота. При додатковому зв'язуванні аміаку аскорбіновою кислотою утво-рюється аспарагінамід аспарагі-нової кислоти. Переважно у формі цих чотирьох компонентів – глутамінової кислоти, глутамі-ну, аспарагінової кислоти й аспарагіну – і транспортується фіксований азот від кореня по всій рослині.

Отже, загальний кругообіг азоту в природі являє собою зворотний перехід його вільної газоподібної форми з атмосфери у фіксовану форму в ґрунті або біологічній системі.

Азотфіксація найліпше проходить за таких умов:

а) рівень зволоження – 60-70 % від повної вологоєм-ності ґрунту;

б) оптимальна температура – +25-27 oС;

в) вільне надходження кисню;

г) реакція середовища – слабокисла або близька до нейтральної;

д) присутність кальцію.

Органічний азот перетворюється у ґрунті в мінеральні форми. Спочатку білкові форми азоту перетворюються в амінокислоти, які дають аміак. Потім останній окиснюється й утворюються азотиста та азотна кислоти. Процес нітрифікації іде в декілька етапів:

а) аміак – гідроксиламін;

б) гідроксиламін – гіпонітрити;

в) гіпонітрити – нітрити;

г) нітрити – нітрати.