16.4E: The Nitrogen Cycle

Key Terms

  • de-nitrification (脱窒素): 微生物が促進する硝酸塩の還元プロセスで、一連のガス状窒素酸化物中間生成物を介して最終的に分子状窒素(N2)を生成する可能性があること。 アンモニアを酸素で亜硝酸塩に酸化し、その後、これらの亜硝酸塩を硝酸塩に酸化する生物学的酸化。

窒素循環は、異なる化学形態間の窒素の変換を記述します。 地球の大気の大部分(約78%)は大気中の窒素で構成されているが、生物に利用可能な形態ではない。 複雑な種の相互作用によって、生物は窒素を利用可能な形態に変換し、生物間で交換することができるのです。 窒素はアミノ酸やヌクレオチドの生成に不可欠である。 すべての生物にとって必須である

固定化。 生物が大気中の窒素(N2)を利用するためには、「固定」されるか、アンモニア(NH3)に変換される必要があります。 これは落雷によって時々起こりますが、窒素固定の大部分は自由生活または共生細菌によって行われます。 これらの細菌はニトロゲナーゼ酵素を持ち、ガス状の窒素を水素と結合させてアンモニアを生成する。 そして、アンモニアはバクテリアによってさらに変換され、独自の有機化合物を作る。 窒素固定バクテリアの一部はマメ科植物の根粒に生息し、糖と引き換えにアンモニアを生成する。 現在では、固定窒素全体の約30%が化学工場で肥料として製造されています。

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Figure: 窒素循環における土壌バクテリアの役割。 窒素は、生物学的に有用なさまざまな形態に変化します。

Nitrificaton: 硝化は、アンモニア(NH3)を硝酸塩(NO3-)に変換することです。 これは通常、ニトロバクターなどの土壌細菌によって行われます。 植物は硝酸塩を自分の組織に同化することができ、アンモニアから利用可能な形態に変換するためにバクテリアに頼るので、これは重要である。 硝化は主にニトロバクター属の細菌によって行われる。

Ammonification /Mineralization: アンモニア化では、細菌や菌類が生物の死骸から有機窒素をアンモニウム(NH4+)に戻す。 硝化もアンモニウムに働きかけることができる。 硝化によって植物が利用できる形態に循環させるか、脱窒によって大気中に戻すことができる。 硝酸態窒素(NO3-)は、通常嫌気性条件下で、シュードモナスやクロストリジウムなどの細菌種によって大気中の窒素ガス(N2)に戻される。 これらの細菌は、呼吸の際に酸素の代わりに硝酸塩を電子受容体として使用する。

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