固氮作用（上）

固氮作用 (Nitrogen Fixation) -上
臺北市立建國高級中學生物科童禕珊老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

大氣成分中有80%為氮氣，但游離的氮氣無法被植物直接吸收，需將其轉化為含氮化合物，如銨鹽(NH₄⁺)或硝酸鹽(NO₃^－)等，才能被植物利用。 將氮氣轉變為含氮化合物的過程稱為固氮作用，可藉由自然固氮或人工固氮兩種方式來進行；人工固氮是指以化學方法將氮氣轉變為含氮化合物的作用，如工業上常用的「哈伯法」；哈伯法利用鐵為催化劑，在高溫、高壓下將催化氮氣與氫氣化合以生成氨氣，再經由一連串的反應將其轉化為硝酸或氮肥等含氮化合物。

另一種人工固氮的方式為「仿生固氮」，主要是利用鉬和釕等過渡金屬的雙氮配合物，弱化氮氮間的三鍵，而達到固氮的目的；此種方法可在常溫常壓下進行，但目前的技術仍未純熟，且催化效果不佳。

自然固氮是指在自然狀態下，將空氣中游離的氮元素轉化為含氮化合物的過程，包括：「高能固氮」和「生物固氮」兩種途徑；「高能固氮」是指藉由雷電所提供的能量，促進硝酸等含氮化合物的產生，此種方式所固定之氮氣約佔自然固氮的10%；「生物固氮」是指藉由自然界中特定的微生物(固氮菌)，將空氣中的氮氣經由細胞中酵素的催化，轉化為氨(NH₃)等含氮化合物，此種方式約佔自然固氮的90%。

土壤中的固氮菌種類甚多，包括：化學自營菌、光合硫化菌、根瘤菌、放線菌和藍綠菌等；有些為分布於陸地及水體中的游離性固氮菌，如：固氮螺旋藻及光合固氮菌等；有些為分布在根部或葉部附近的協同性固氮菌，利用植物所分泌的物質存活及固氮，如與分布於禾木科植物根部附近的的螺旋狀固氮菌；而固氮總量最多的則是共生於高等植物(如豆科、蘇鐵、赤楊等植物)體內的共生性固氮菌，如根瘤菌、放射菌及共生型藍綠菌等。 根瘤菌是土壤中常見的桿菌，最早於1888年從豆科植物的根瘤中分離而得，因此命名為根瘤菌(rhizobium)。

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