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文档简介

1、/龍騰文化基礎生物（全）補充文章固氮作用楊冠政/師大環教所藍綠菌的異形細胞藍綠菌的異形細胞在構造上和功能上皆異於營養細胞，前者有固氮忍筋的作用，固氮作用最重要的酵素為固氮溉札其對氧極端敏感。異形細胞具有三層壁，以阻止大氣中的氧擴散進入異形細胞。任何由鄰近的營養細胞擴散 進來的氧都被耗在呼吸作用，因此氧不會往異形細胞內堆積。固氮閻蔡可固定經由營養細胞進來的氮。異形細胞是由營養細胞發育而來，首先，營養細 胞內的葉綠囊膜會溶解掉，再形成新的內膜。此種過程會破壞光系統U,因此在異形細胞內無法將水分解以產生氧。光系統I經由循環磷酸化作用產生的能量提供給固氮作用。由營養細胞可運送碳化合物至異形細胞，其新陳

2、代 謝所產生的能量可用來固定氮。氮氣會被固定為氨，氨再轉化為胺基酸，然 後由此轉運至其他細胞。3豆科植物與根瘤菌的共生關係豆科植物與根瘤菌的共生關係是一種互利共生，雙方均有好處。根瘤菌 供給植物所需的氮元素，而植物則供給細菌有機化合物。此外，它們二者亦 可共同合成化合物，以促進固氮作用的進行。此化合物稱為豆血紅蛋白 （leghaemoglobi n），含有鐵元素，類似人類血紅蛋白，亦具有攜帶氧氣的功 能。我們以反應式觀察固氮作用的反應物與產物：N+妒 + 8H+16ATP 戒阳 +1L + 16ADP + 16Pi可見固氮作用需要消耗能量（ATP ）。而由根瘤菌與植物分別合成次單元再合併的豆血

3、紅蛋白可以在固氮作用進行時，攜帶大量氧氣供細胞行呼吸2/龍騰文化基礎生物（全）補充文章作用製造大量ATP，使固氮作用順利進行。同時豆血紅蛋白也可以降低根 瘤內的氧氣濃度，以避免固氮作用受氧氣的抑制。輪耕豆科植物如碗豆、大豆、落花生、苜蓿、紫花苜蓿、紅豆、綠豆等農作物，若無根瘤菌的固氮作用，這些植物會長不好，收成欠佳。但是，狀況良 好時，這些植物的固氮作用會有多餘的氨產物被釋放到土壤中，使土壤更肥 沃，這時其他非豆類植物就可以加以吸收利用。因此，農夫喜歡以豆類及非 豆類作物輪耕的方式耕作，以保持土壤肥沃，增加作物的生產量。©遺傳工程豆科植物因具有利用細菌進行固氮作用的能力，故可以生產較其他植物 含量為多的蛋白質。蛋白質是人類營養素之一，世界上大多數人以植物為主 食，亦多數以植物蛋白質為主要攝取來源，所以農業研究以提高植物蛋白質 為主要目標，期望其他非豆類植物亦能大量生產蛋白質供人類利用。人類已能利用遺傳工程的方法，將根瘤菌的雙氮潘晝基因取出植入其他細菌，使這些細菌可以感染非豆科植物，以增加蛋白質的生產量，甚至

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