固氮作用 - 農業知識入口網

固氮作用是指將空氣中游離態的氮轉化為含氮化合物的過程

固氮作用：包括了人為工廠固定，生物固定，電能固定等三種。因為氮的三個鍵結強度極強，不像氫或氧那麼容易打斷，所以在大自然中，要取得有機的氮化物，必然要給與極大的能量，或是有特別的催化劑，而生物也自有自己的一套方法，來解決這一個問題。前面所提的人為工廠固定，就是哈伯法製氨（就是那個1atm 400℃，以鐵粉做催化劑的啦）；而電能固定，指的是有時午後雷雨，強大的電能一瞬間灌入N2分子中，以強大的能量將N2的分子結構改變為硝酸根，再順著雨落至地面；而生物固定，則是這一次的重點，之後將更深入的說明生物是怎麼將氮的強鍵結給破壞。
脫氮作用：將有機的氮化物，經細菌還原而成無機的氮。通常都是由分解者來清掉這一些有機氮，至於為什麼要清除有機氮呢?其實這是因為每年，所有固氮作用所用去的氮氣，約有200到250百萬公噸，而植動物體真正用來成長的，約10%，還有一些則被用於實驗等，所剩餘的93到190過多的有機氮若沒有被釋放回到大氣中，則反而會對根部造成抑制生長的，另一方面也可能腐生出許多有的沒的（想想看一堆屍體堆的到處都是，又沒有細菌分解的話，則生存空間被剝奪。）所以必須由分解者將之釋回空氣中，這一個將有機氮還原而成無機氮的過程，就被稱之為脫氮作用。
而其三種方式（生物，雷電，工業）與大自然的關係，同時也將脫氮作用放入，可見其為一完整的迴路：
生物固氮：
原核生物與真核生物的差異點。為何真核需要原核協助固氮？
簡單的說，生物體內的化學反應幾乎都需要“酵素”的參與，有的是使能量的釋放減慢（呼吸作用的酵素就是這樣），有絕大部份的酵素，則是使反應所需的活化能降低，（這邊要提一下的是，生物酵素也往往不只一種，而是有數種，將反應拆成幾個小部份，中間產物變多，這樣就可以有效控制能量的需求量及放出量）又之前提到過，要將氮的那個鍵打斷，需要給予極大的能量，而其中又約有一半是活化能差，所以若沒有固氮作用專用的酵素，那這一個反應將不能進行。而由於原核生物的體內具有固氮酵素，所以可以行固氮反應，反觀真核植物，因為演化的關係，就失去了這一個本來有的酵素，至於為什麼會失去哩？因為這一種固氮酵素，在有氧氣的環境下，他的半生期會大幅縮短（短到30 秒），但是植物體本身也要行呼吸作用，也會行光合作用，這兩種作用都跟氧有關，一個釋出氧，一個需要氧，然而固氮酵素又一定要遠離氧（厭氧菌），所以矛盾就產生了。在這一種情況下，高等植物縱然在演化上有了優勢，但是由於演化成非氧不可，所以縱然原始植物的體內基因具有製造固氮酵素的片段，卻也因為製造出來只是浪費自己體內的能量，於是演化的趨勢再度讓植物選擇了優勢態－不要製造浪費品。這就是為什麼現在真核植物不能自己固氮的原因，而以根瘤等特殊的方法來取得氮化物。而原核生物，也產生了分歧：為了要避免與氧接觸，於是一部份的就成為自由存在在大自然的無氧區，成為厭氧菌；一部份則與植物有了共生關係。另外，部份的藍綠藻，則是有了特殊的方式來固定氮，這種方法容後敘述。

根瘤的生長。
互利共生：
生物固氮的化學機制：
兩種生物間，會有六種情形（互利共生、單利共生、寄生、互斥競爭、互不影響及單方面競爭），其中，根瘤菌跟豆科植物的關係，是屬於互利共生，也就是兩方都有好處，根瘤菌得到葡萄糖，植物體得到氮化物。這可以算是對兩方都好，我們可以從上面的成熟根瘤圖看出，植物的維管束特意靠近根瘤，一部份供給根瘤菌養份，自己也可以得到有機氮，可以說是大自然中不錯的一種生物關係。

總反應式：8H+ + 8e- + N2 + 16 ATP → 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi
固氮酵素與氧氣的關係。
　　前面就提過，固氮酵素在氧氣下，會迅速的消失，這是由於氧氣的氧化力太強，會嚴重破壞兩種固氮酵素Fe及MoFe，前者約30-45秒減半，後者較長，約10分鐘減半。但是比起一般酵素的消逝速度，可說是快的驚人，所以，要有固氮酵素，就一定要避開氧。

植物的克服方法－念珠藻及豆科植物。

固氮作用：包括了人為工廠固定，生物固定，電能固定等三種。因為氮的三個鍵結強度極強，不像氫或氧那麼容易打斷，所以在大自然中，要取得有機的氮化物，必然要給與極大的能量，或是有特別的催化劑，而生物也自有自己的一套方法，來解決這一個問題。前面所提的人為工廠固定，就是哈伯法製氨（就是那個1atm 400℃，以鐵粉做催化劑的啦）；而電能固定，指的是有時午後雷雨，強大的電能一瞬間灌入N2分子中，以強大的能量將N2的分子結構改變為硝酸根，再順著雨落至地面；而生物固定，則是這一次的重點，之後將更深入的說明生物是怎麼將氮的強鍵結給破壞。
脫氮作用：將有機的氮化物，經細菌還原而成無機的氮。通常都是由分解者來清掉這一些有機氮，至於為什麼要清除有機氮呢?其實這是因為每年，所有固氮作用所用去的氮氣，約有200到250百萬公噸，而植動物體真正用來成長的，約10%，還有一些則被用於實驗等，所剩餘的93到190過多的有機氮若沒有被釋放回到大氣中，則反而會對根部造成抑制生長的，另一方面也可能腐生出許多有的沒的（想想看一堆屍體堆的到處都是，又沒有細菌分解的話，則生存空間被剝奪。）所以必須由分解者將之釋回空氣中，這一個將有機氮還原而成無機氮的過程，就被稱之為脫氮作用。

固氮作用：包括了人為工廠固定，生物固定，電能固定等三種。因為氮的三個鍵結強度極強，不像氫或氧那麼容易打斷，所以在大自然中，要取得有機的氮化物，必然要給與極大的能量，或是有特別的催化劑，而生物也自有自己的一套方法，來解決這一個問題。

氨態氮由木質部運送，
溫帶豆科運送形式為天門冬醯胺，
過程由麩胺酸轉一個胺給草醋酸，
醯胺態氮由麩胺酸轉為天門冬醯胺，
併分胺基胺再組成蛋白質。

固氮作用的結果使得大氣中的氮氣轉變為胺，促進此反應的酵素為固氮脢(nitrogenase)，而控制固氮脢合成的基因為nif基因。

將分子態的氮轉變為氮化合物以便植物利用。可進行固氮作用的細菌即稱為固氮菌，如在土壤中單獨生存的固氮菌(azotobacter)、梭狀芽胞桿菌(clostridium)、在豆科植物根部共生生活的根瘤菌、以及某些藍綠藻等。