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微生物固氮_氮元素进入生命世界最重要的途径_微博@三思逍遥

德国化学家哈伯,因发明合成氨工艺流程,成为1918年诺贝尔化学奖获得者,被誉为从空气中合成面包的科学家。

生命世界中有四大常规元素,碳氢氧氮。其中就属氮元素的化学活性最差,植物的看家本事光合作用,可以轻松的操纵碳氢氧,但植物始终没有学会直接操纵空气中氮气的方法,无法自身合成非常重要的用于合成氨基酸的氨,没有氨基酸就没有蛋白质,没有蛋白质整个生命世界都将轰然倒塌。而在人类能合成氨之前,植物只能通过三种方法获得可以利用的氮元素。

在生命世界中循环的氮

如动物尿液粪便中的氨和尿素等。

植物有专门的脲酶,用来分解动物排泄物中的尿素,将其转化为可以利用的氨。这是催化速度最快的酶之一,能加速反应10^14倍(百万亿倍)。

但是,我们不得不先问一句,最初的最初的氮元素是如何进入生命世界的呢?

而且,已经进入生命世界的氮元素在循环中不可能没有损耗,就算我们不管最初的问题,也必须解决耗损,否则随着氮元素的流逝,整个生态系统岂不是要日益萎缩,最终完蛋么。

在生命世界中循环的氮

在生命世界中循环的氮

天赐

虽然对如今的氮元素循环而言,不是最重要的,但这是最壮观的。

虽然氮气非常惰性,但在雷暴之时,就能和氧结合,最终以亚硝酸、硝酸根离子的形式降落到大地上,有了这两种氮的氧化物,就可以转变为氨。就像脲酶那样,植物拥有两种还原酶,能将硝酸根和亚硝酸根还原为氨。

 

微生物固氮

这是氮元素进入生命世界最重要的途径。

有两类固氮菌,与豆科植物共生的固氮菌,和土壤中独立生活的固氮菌。除了豆科植物之外,其它植物大多得依靠这些自由的固氮菌,将氮气转变为氨,氨在土壤中常常被其它细菌当作能源物质,将其氧化为亚硝酸盐和硝酸盐,植物吸收它们之后,转变为氨加以利用。而从前为什么要休耕,就因为这些物质的积累的速度是有限的,在人类不能额外提供氮肥之前,只有通过休耕的方式,等待土壤中的细菌生产它们。

膳食硝酸盐

不幸的是对植物很重要的亚硝酸盐对人体不太友好。有段时间,媒体上谈论不新鲜蔬菜或者隔夜菜中亚硝酸盐超标的问题,但其实除了蔬菜之外,肉类中的亚硝酸盐超标可能才是更严重的问题。

甜菜根汁对健康老年人对血压影响

高浓度亚硝酸盐会引发急性毒性,低浓度亚硝酸盐则具有致癌的能力,某些常年食用腌渍、烟熏食品的地区,常伴随胃癌食道癌的高发,我国正是胃癌、食道癌大国,而在死于肿瘤的病因中,胃癌仅次于肺癌派第二,食道癌则仅次于肝癌派第四。

死亡前10位的恶性肿瘤

与糟糕的亚硝酸盐相比,硝酸盐似乎要正面一些,虽然国家食品安全规定中对硝酸盐浓度也有要求。甜菜根汁中富含硝酸根,它如今已成为研究硝酸盐和健康关系的热门。首先它能提高爆发力相关的运动成绩,其次它能降低血压,抑制凝血和炎症反应,从而对心血管健康具有益处。

最后,在处理蔬菜和肉类时加入维生素c,可以有效抑制亚硝胺的形成。亚硝胺正是亚硝酸具有致癌性的关键产物。

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