固氮

氮是所有生命体系化学过程中的一个重要元素，也是粮食生产的限制因子。植物从土壤中吸收了氮就能生长，所以土壤中氮含量的补充就成为农业中十分关心的事，这就说明了实践了几个世纪之久的作物轮作制，以及农民在肥料选用和施肥量上氮占重要地位的原因。令人啼笑皆非的是，氮丰富得可以要多少有多少——空气中含 80％的氮，但以单质状态存在的氮很难转变为有用的化合物。不过有些植物却知道如何将这种单质氮转变为它们能够使用的化合物。我们希望知道植物是如何进行这种化学过程的。

有些细菌和藻类能够把空气中的氮还原成氨（固氮），然后它再被植物转变成氨基酸、蛋白质以及其它含氮化合物。很多生物体具有还原氮的能力。豆科植物，包括大豆、三叶草和紫花苜蓿等，由于有生活在它们根部的细菌的帮助，所以具有固氮的能力。大约有 170 种非豆科植物也以这种方式固氮。自然界中其它的固氮者无疑是一些非共生菌和蓝绿藻。

固氮作用与固氮酶有关。固氮酶由两种蛋白质组成。一种蛋白质（二氮酶）的分子量约 22 万，含有 2 个钼原子和 32 个铁原子和 32 个活性硫原子。另一种蛋白质（二氮还原酶）是由 2 个分子量为 29，000 的相同亚基构成的， 每个亚基含 4 个铁原子和 4 个硫原子。

在单质氮还原成氨的过程中，涉及到该酶复合物的各步骤，已用光谱法和纯化技术进行了部分的分析，但许多关键问题还不明了，对其它一些用这

类酶也能进行还原的化合物（如乙炔、氰化物、氢离子和环丙烷）进行研究， 也许能提供一些线索。另外，一些新奇的金属有机化合物有可能作为可溶性的固氮催化剂。

在另一个活跃的前沿中，正在把遗传学的研究应用到植物的固氮中。DNA 重组技术也许能控制植物的衰老，延长固氮作用的周期，或开发一些更有效的固氮菌株。更加大胆的目标是把遗传性的固氮能力转移到粮食作物上，使它们成为自养型植物。