当前课程知识点:普通生物学 > 第三章 高等植物体的结构与功能 > 第四节 植物的营养与运输 > 3.4.10 植物的营养适应-氮元素的利用
植物营养适应的第二种策略
是生物固氮
植物体合成氨基酸需要氨
或者是硝酸盐
但是大气中的氮气很稳定
不能够被植物体所直接利用
植物体也缺乏将气体氮转化为
含氮化合物的这样一个化学途径
而有些细菌却具有这样的能力
其中有一类细菌
可以与其它植物共生
例如与豆科植物共生的根瘤菌
就具有生物固氮的功能
所谓生物固氮是指
通过微生物的作用
把空气中的游离氮素
也就是氮气
固定、转变成含氮化合物
也就是氨,这样的过程
为什么根瘤菌具有这个功能
因为根瘤菌含有固氮酶复合物
它能够将分子氮还原成氨
这是固氮酶复合物的示意图
它由两个组分构成
一是铁蛋白
也就是固氮酶还原酶
二是钼铁蛋白
也就是固氮酶
二者缺一不可
铁蛋白从载体接受电子
并将低势能的电子
传递给钼铁蛋白
同时伴随ATP的水解
钼铁蛋白接受电子之后
分别同氢离子和氮气结合
最后就产生了氢气和氨
这是固氮反应的总反应式
从这个反应式可以看出
固氮反应是一个高耗能的过程
要将1分子的氮气
还原成2分子的氨
需要消耗16个ATP分子
根瘤菌是如何进行生物固氮的
它是通过与豆科植物的根共生
形成根瘤
从而完成生物固氮的过程的
根瘤的形成分为了三个阶段
首先根瘤菌与根毛之间
根据某种分子识别标签
相互识别
根毛弯曲
接着侵染线形成
随后呢
根瘤菌沿着侵染线
进入根的皮层细胞
根瘤菌会被一些小囊泡包被
被包被之后就称为了类菌体
这些根瘤菌或者是类菌体
会分泌一些化学物质
刺激皮层细胞
分裂生长就形成了根瘤
这些类菌体与植物合作
固定空气中的氮气
已有研究表明
豆科植物与根瘤菌
共生固氮是由寄主
与细菌双方基因
共同参与完成的
在相互基因的调控中
形成了特殊的结构
根瘤
而且呢
根瘤菌与豆科植物
共生形成根瘤的专一性很强
只有特定的几类细菌
能够侵染豆科植物形成根瘤
这是豆科植物的根瘤照片
这是其中一个根瘤的横切面的制片
这是根瘤中一个细胞的电镜照片
可以看到细胞中有许多囊泡
囊泡中有一个或者是多个类菌体
这些类菌体含有固氮酶
可以固定空气中的氮气
为植物所用
植物也会为根瘤菌提供有机物
这就是互利共生的关系
从以上的介绍已经知道
生物固氮是一个耗能的过程
虽然与细菌的共生
会消耗植物体的能量
但是在土壤中非常缺乏氮的情况下
植物体消耗能量也是很值得的
豆科植物也进化出了一种
节约能量的机制
那就是当氮浓度比较高的时候
根毛就不会
对细菌发出的信号产生反应
也就不会产生根瘤了
以上介绍的
是植物通过生物固氮的方法
来固定空气中的氮源
通常情况下
植物是如何获得氮源的呢
它们可以直接利用根
吸收尿素和氨基酸等有机氮
但是主要还是利用无机氮化物
以铵盐和硝酸盐为主
它们广泛存在于土壤中
以下这张示意图就总结了
植物利用氮源的几种方式
土壤中的氨化细菌
可以将有机物降解
生成铵盐
固氮菌就将空气中的氮气
还原成铵
铵根离子被根吸收之后
可直接用于氨基酸的合成
或者经过硝化细菌氧化为硝酸盐
硝酸盐被根吸收之后
必须经过代谢还原
才能够被植物体所利用
首先在根部
被还原成亚硝酸盐
然后被运送到叶片
在叶绿体内再被还原成铵
进一步用于氨基酸
和其它有机物的合成
-绪论
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-第一节 细胞概述
-第一章 细胞生物学基础--第一节 细胞概述
-第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
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-第三节 真核细胞的结构
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-第二节 基因的表达调控
-第二章 分子生物学基础--第二节 基因的表达调控
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-第四节 人类基因组及其遗传疾病
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