窒素固定と硝化の違いは何ですか

窒素固定と硝化は、窒素循環の 2 つのプロセスです。

対象となる主な分野

1. 窒素固定とは
– 定義、プロセス、重要性
2. 硝化とは
– 定義、プロセス、重要性
3. 窒素固定と硝化の類似点
– 共通機能の概要
4. 窒素固定と硝化の違いは何ですか
– 主な相違点の比較

主な用語

アンモニウム イオン、大気窒素、硝酸塩、亜硝酸塩、硝化、窒素固定

窒素固定とは

窒素固定は窒素循環の最初のステップであり、大気中の窒素をアンモニウム イオンに変換します。一般に、地球の大気の 80% には窒素ガスが含まれています。それでも、一次生産者は大気中の窒素を同化できないため、窒素は栄養を制限する要因です。したがって、窒素循環は、大気中の窒素を一次生産者が容易に吸収できる窒素物質に変換する役割を果たします。

図 1:窒素循環

さらに、窒素循環では、自由生活生物と共生生物の両方が窒素固定を受けます。重要なことに、これらの窒素固定生物はすべて、同じ酵素複合体であるニトロゲナーゼを持っているという同様の特徴を共有しています。また、この酵素複合体は、窒素ガスのアンモニア（NH3）への還元を触媒します。

さらに、好気性の自由生活性窒素固定細菌の例には、シュードモナス属が含まれます 、アゾトバクター 、メチロモナス 、アルカリゲネス 、チオバチルス .また、ノストック そして アナベナ 好気性で窒素を固定する自由生活性シアノバクテリアです。一方、窒素を固定する自由生活の嫌気性生物には、メタノサルシナが含まれます 、メタノコッカス 、カロマチウム 、クロロビウム 、デスルホビブリオ 、クロストリジウム .さらに、リゾビウム と フランキア マメ科植物の根粒に生息し、窒素を固定する共生細菌です。

窒素循環は窒素固定の生物学的プロセスですが、ハーバー ボッシュ プロセスは業界における窒素固定の方法です。また、窒素の大気固定は、雷の巨大なエネルギーが窒素分子を破壊し、その原子が酸素と結合して窒素酸化物を形成することを可能にする窒素固定の3番目の方法です.しかし、これらの窒素酸化物は雨に溶け、硝酸塩を形成して地球に運ばれます。

硝化とは

硝化は窒素循環の第 2 段階であり、アンモニウム イオンを亜硝酸塩と硝酸塩に変換します。重要なことに、バクテリアは硝化を行います。ただし、このプロセスは、異なるバクテリアによって実行される 2 つのサブステップで発生します。最初のサブステップ はアンモニアから亜硝酸塩への変換であり、2番目のサブステップ は亜硝酸塩から硝酸塩への変換です。ここで、最初のサブステップは、アンモニアを亜硝酸塩に酸化することです。また、ニトロソモナスなどの好気性アンモニア酸化剤 、ニトロソスピラ 、ニトロソコッカス この最初のサブステップを実行します。第一に、アンモニアモノオキシゲナーゼはアンモニアをヒドロキシルアミンに変換し、次にヒドロキシルアミンオキシドレダクターゼという酵素の作用によって亜硝酸塩に変換します。

図 2:窒素循環の化学反応

さらに、2 番目のサブステップは、亜硝酸塩から硝酸塩への酸化です。また、Nitrospira を含む窒素酸化細菌の別のグループ 、ニトロバクター 、ニトロコッカス 、およびニトロスピナ このサブステップを実行します。さらに、亜硝​​酸塩から硝酸塩への酸化に関与する酵素は、亜硝酸酸化還元酵素です。たとえば、アンモニア酸化剤と亜硝酸酸化剤はどちらも、土壌、河口、湖、外洋環境などの好気性生息地に遍在しています。また、廃水処理施設で重要な役割を果たし、有害なレベルのアンモニウムを除去します。一方、アンモニアを酸化する古細菌は、海洋、土壌、塩性湿地に豊富に存在します。純粋培養で成長したアンモニア酸化古細菌の 1 つは Nitrosopumilus です。

窒素固定と硝化の類似点

• 窒素固定と硝化は、窒素循環。
• それらは、大気中の窒素を物質に変換し、生物が使用できるようにします。
• 土壌細菌は両方のプロセスを経ます。

窒素固定と硝化の違い

定義

窒素固定とは、特に特定の微生物によって、大気中の窒素を有機化合物に同化する窒素循環 の化学プロセスを指します。一方、硝化とは、アンモニアまたはアンモニウムから亜硝酸塩への生物学的酸化と、それに続く亜硝酸塩から硝酸塩への酸化を指します。

意義

窒素固定は窒素ガスのアンモニアへの変換であり、硝化はアンモニウムの亜硝酸塩および硝酸塩への変換です。

プロセスの種類

窒素固定は、大気、産業、または生物学的プロセスを通じて発生する可能性がありますが、硝化は土壌に生息するバクテリアや他の硝化バクテリアによって行われます。

窒素循環において

窒素固定は、大気中の窒素をアンモニウムイオンに固定する最初のステップであり、硝化は、アンモニウムイオンが亜硝酸塩に変換される次のステップです。

微生物

シアノバクテリアなどの窒素固定土壌バクテリアや、リゾビウムなどの根粒に生息するバクテリア ニトロソモナス属などのバクテリアを硝化しながら、窒素固定を担っています そして ニトロバクター 硝化を担っています。

結論

窒素固定は、大気中の窒素を植物が吸収できる窒素物質に変換するプロセスです。したがって、窒素循環では、大気中の窒素がアンモニウムイオンに変換されます。また、シアノバクテリアを含む土壌バクテリアと、リゾビウムを含む根粒内の共生細菌 、窒素固定を受けます。一方、硝化は窒素循環の第 2 段階であり、アンモニウム イオンを亜硝酸塩と硝酸塩に変換します。また、ニトロソモナス そして ニトロバクター 硝化の原因となる 2 種類の硝化細菌があります。したがって、窒素固定と硝化の主な違いは、変換の種類とプロセスに関与する微生物の種類です。

参考文献:

1. ベルンハルト、アン。 「窒素循環:プロセス、関係者、および人間への影響」。 ネイチャー ニュース 、Nature Publishing Group、こちらから入手可能。

画像提供:

1. コモンズ ウィキメディア経由のファイル:Nitrogen Cycle.svg (CC BY-SA 3.0) による「窒素循環 2」
2. 「窒素循環のプロセスの表」Holivi5 著 – Commons Wikimedia による自身の作品（CC BY-SA 4.0）