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关于固氮菌的原理简介

2022.3.18

  氮气是空气中的主要成分,占空气总量的五分之四。然而由于氮气分子被三条“绳索”--化学键所束缚,因此大部分植物只能“望氮兴叹”。固氮菌的本领在于它有一把“神刀”--固氮酶(含有Fe Co Mo即铁钴钼),可以轻易地切断束缚氮分子的化学键,把氮分子变为能被植物消化、吸收的氮原子。 俄罗斯莫斯科大学生化物理研究所的科研人员别尔佐娃经过多年探索研究,成功地解释了固氮菌在空气中生存固氮的机理。别尔佐娃由此获得了2002年的欧洲科学院青年科学家奖。

  在几十亿年前的太古时代,大气层中没有氧,地球上生存着大量的厌氧性生物。在地球上第一次大灾难发生后,地球表面出现了很多氧。大量厌氧性生物由于氧的出现而消失了,但有少量厌氧性生物由于躲藏在无氧、不透气的淤泥、沼泽地和深层土壤中而存活至今。但也有一部分厌氧性生物如固氮菌,它适应了环境,能够在含氧21%的大气层中存活,并从空气中吸收氮气。

  固氮菌缘何没有灭亡,而在氧性环境中生存了下来。别尔佐娃经过多年研究揭示了它生存与固氮的奥秘。别尔佐娃发现,固氮菌内部氧的浓度低于外部,也就是说,固氮菌拥有自身保护办法,它的呼吸链中有一种能够处理氧的特殊酶。别尔佐娃推测,在固氮菌呼吸链中很活跃的、开始阶段起辅助作用的特殊酶在处理氧的过程中起了主要作用。别尔佐娃通过实验观察确认,正是这种很活跃的酶帮助固氮菌完成氧吸收与处理任务。在这种特殊酶的带动下,其余的酶才开始工作、开始固氮。为了进一步验证实验结果,别尔佐娃将固氮菌中那个特殊的酶除掉,结果发现,固氮菌立即丧失了在氧环境中固定氮的能力。

  有关专家指出,别尔佐娃的研究成果促进了生物学的发展,对目前正在开展的人工活器官研究工作有重要意义。

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