氮循环各过程功能基因

氮循环的五个详细过程
，有中文标点
氮循环是一套完整、持续的过程，它是植物、动物和许多微生物正常生长生存的重要物质供应系统。

本文以氮循环的五个详细过程为标题，分别为氮化作用、固氮作用、氨解作用、气态还原作用和硝化作用，着重介绍氮循环的机理特点及其在全球气候变化中的作用。

氮化作用是氮循环的起始部分，它可以将大气中的氮固定形成可以被植物利用的氮化合物。

从雷射熔融式激光谱学上可以发现，界面作用可以使h2o、co2和n2的氮化物质在土壤中的活性氮的总量翻倍以上，这类氮化作用可以来源于植物根部细菌和黏液。

固氮作用是氮循环的主要部分，它指土壤微生物转化氮化合物，将这些氮化合物固定在土壤中，植物经过吸收可以直接利用，这一作用可以增强氮资源在植物生态系统中的循环，大量研究已证实植物根系微生物体系及植物同化分泌物对固氮作用有较大的贡献。

氨解作用是氮循环中比较复杂的一部分，它指土壤中微生物将氨盐还原成氨原料，由此有利于植物吸收氮肥。

当植物群落减少或死亡时，可能会发生大量氨解作用，由此释放氮肥，有助于其他植物生长。

气态还原作用作用类似于固氮作用，它指土壤中的微生物将可以氧化的氮分子还原成氮化物，从而让植物不断地吸收可以利用的氮资源。

植物的根系和根际土壤中的微生物对气态还原作用有较大的贡献。

硝化作用是氮循环的最后一步，它指土壤中的微生物将氨解后的氮分子氧化成一种可挥发的氮态还原产物，从而使氮分子的归还大气层，而这种可挥发物是完成氮循环全过程所必需的。

总而言之，氮循环是一个紧密相连的整个过程，天然植被和活动生态系统都要依赖它来维持有机物的循环，而氮循环还可以在全球气候变化中发挥重要的作用，例如抑制由二氧化碳排放带来的全球变暖。

氮的循环(一)一、氮在自然界中循环1、氮的固定使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的过程叫氮的固定，简称固氮。

正是通过氮的固定，开始了氮在自然界中的循环，氮的固定有自然固氮和人工固氮两种方式。

2、自然固氮(1)生物固氮：大豆、蚕豆等豆科植物的根部含有根瘤菌，能把空气中的N2转变为硝酸盐，被植物吸收。

故豆类植物不需要施用氮肥，这种固氮方式占整个自然固氮的90％。

(2)高能固氮：通过闪电等高能量途径把N2固定的方式为高能固氮。

涉及到的反应主要有：N2＋O22NO 2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO可知，N2最终变成HNO3，即正常的雨水略呈酸性。

HNO3与土壤中的矿物作用，得到硝酸盐，被植物吸收，这就是“雷雨发庄稼”的科学道理。

3、人工固氮人们在工业生产中把N2转化为氮的化合物的方法为人工固氮，又叫工业固氮。

常见的方法有：(1)N2与H2合成NH3：，该反应为工业制HNO3的基础反应。

(2)仿生固氮：用某些金属有机化合物做催化剂，实现常温、常压固氮，这些金属有机物类似于根瘤菌，故又叫仿生固氮，这是目前科学界较为关注的研究性课题。

4、氮在自然界中的循环人们在生产活动中也涉及到了氮的循环，其中主要是利用N2与H2合成工业中重要的生产原料——NH3，即人工固氮。

涉及到两种很重要的物质：NH3、HNO3。

二、氮循环中的重要物质及其变化1、氮气，常况下是一种无色无味的气体，难溶于水，通常无毒。

氮气占空气体积总量的78.12%，是空气的主要成份。

氮气的化学性质很不活泼，只在特殊条件下，才能以下反应。

①与氧气反应：通常状况下氮气和氧气不反应，但在放电条件下，却可以直接化合生成NO 。

反应的化学方程式为：★N 2+O 2闪电2NO反应的化学方程式为：★N 2+ 3H 2 2NH 3 此反应是工业合成氨的反应③与金属镁反应：金属镁可以在氮气中燃烧，生成氮化镁。

反应的化学方程式为：★3Mg+N 点燃 Mg 3N 2(氮化镁)2、氮的氧化物（1）氮的氧化物简介：氮元素有+1、+2、+3、+4、+5五种正价态，对应有六种氧氮氧化物都具有不同程度的毒性，它们也是是常见的大气污染物，以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。

氮循环（Nitrogen Cycle）氮是自然界中的丰富元素，主要以氮气(N2)的形式存在于大气中，以有机氮的形式存在于沉积物中，以溶解氮的形式存在于海水中。

这三种氮的量的变动都很小。

其他形态的氮则不停地进行着复杂的流动和交换，而且受人类活动的强烈影响。

自然界中氮的分布和氮的流动交换情况见表1和表2。

氮气占大气总体积的78％以上。

氮在大气中主要以氮的分子态存在,还以氨（NH3）、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等氮的化合态的形式存在。

这些化合态的氮在云、气溶胶粒子、雨滴中转化为铵(NH嬃)和硝酸根(NO婣)，随降水降落地面。

大气中的N2和 O2可在雷电作用下反应生成NO婣。

土壤和水体中某些细菌和微生物也可吸取大气中的氮，并把它和氢结合成为氨。

这样生成的氨以及大气中降落的铵类化合物在微生物的硝化作用下，最终变为硝酸盐。

硝酸盐很容易被植物根系吸收，在植物体内合成多种有机化合物如蛋白质。

然后通过食物链的传递成为动物体的蛋白质。

动、植物死亡后，残体被微生物分解，氮又以氨的形式回到土壤和水体中。

动物排出的粪便含尿素和氨，尿素也可被微生物转变为氨。

土壤中的硝酸盐在微生物的反硝化作用下还原为氮和氧化亚氮 (N2O)而逸入大气中。

氨也可由于挥发而进入大气。

土壤中的硝酸盐和氨极易溶于水，所以很容易随地表径流和地下水排入水体中。

人类活动的干预：指人为的固氮作用，即化学氮肥的生产和应用，大规模种植豆科植物等有生物固氮能力的作物,以及燃烧矿物燃料生成NO和NO2。

人为的固氮量是很大的，估计约占全球年总固氮量的20～30％。

随着世界人口的增多，这一比例将会继续上升。

农田大量施用氮肥,使排入大气的N2O不断增多。

在没有人为干预的自然条件下，反硝化作用产生并排入大气的N2和N2O,与生物固氮作用吸收的N2和平流层中被破坏的N2O是相平衡的。

N2O是一种惰性气体,在大气中可存留数年之久。

它进入平流层大气中以后，会消耗其中的臭氧，从而增加到达地面的紫外线辐射量。

氮气循环–过程，步骤–说明氮是蛋白质和核酸的基础。

它是所有生命形式不可或缺的一部分。

大气中氮含量丰富。

为了将其用于各种生物过程，需要将其从惰性大气分子转化为有用的形式。

氮从大气分子形式转化为对生物有用的形式的过程称为氮循环。

氮循环的阶段是什么？1. 固定-大气中的氮气为惰性形式，只有少数生物可以从中受益。

为了使其对所有生命形式都有用，应将其转换为固定形式或有机形式。

因此，该过程称为固氮。

固氮过程包括以下内容：1. 氮通过沉淀沉积。

它来自大气，并沉积在土壤和水的表面。

2. 一旦沉积成功，氮将发生一些变化。

两个氮原子分离并与氢结合形成氨。

有三种生物负责该作用-藻类，游离厌氧细菌以及与某些类型的植物共生的细菌。

要记住什么？•植物没有使用大气氮的能力。

他们需要固氮细菌的帮助。

•种植豆类和苜蓿等农作物可以弥补土壤中的氮消耗。

•氮可以通过人为的过程进行固定，例如制造氮肥和氨肥。

在固氮过程中起作用的微生物是什么？•原核生物•非生物手段，例如闪电或某些工业干预，例如燃烧化石燃料。

•三叶草，豌豆和大豆等豆类植物的根系分泌物•有氧和厌氧固氮菌•光养和化学养分细菌2. 硝化作用-一些工厂使用氨水。

但是，在某些类型的细菌（称为硝化细菌）的帮助下，植物吸收的大部分氮都从氨转化为亚硝酸盐并转化为硝酸盐。

例如：1. 亚硝化单胞菌2. 亚硝基螺菌3. 硝化螺菌4. 硝基球菌5. 硝化细菌6. 硝化菌7. 硝基球菌3. 同化–在此阶段，植物从土壤中吸收了各种形式的氮。

它们将用于形成植物和动物蛋白。

4. 氨化–植物和动物降解或排放废物后，氮会重新进入土壤，分解剂会分解土壤。

分解过程导致产生氨，氨将用于其他生物过程。

5. 反硝化–在此阶段，氮气返回大气。

硝酸盐形式转化回气态氮。

反硝化阶段发生在潮湿的土壤中，微生物无法进入其中。

反硝化细菌是负责处理硝酸盐以获取氧气的细菌，使氮气成为该过程的副产品。

在反硝化中起重要作用的微生物是：1. 芽孢杆菌2. 假单胞菌3. 副球菌人类影响氮循环的两种方式是什么？人类对氮循环有很大的影响。

自然界中的氮循环
氮循环是指在自然界中氮元素通过各种反应形式传递的过程，是其中一项重要的营养元素的循环。

氮循环分为大气循环、植物循环和土壤循环三个部分。

大气循环是氮的最终归宿，一是大气中的氮原子，当其暴露在强紫外线的照射下，会被氧活化而成可溶性的尿素，分解而形成氮气。

氮气在雨水和其他水体的作用下，会被还原，形成氨等有机氮化合物，这些化合物可以被动植物和细菌合成利用。

植物循环是植物从氨等有机氮化合物中取得氮元素，进行光合作用，利用太阳能将CO2与H2O分解成氨、糖、烯醇等有机物，植物利用这些物质生长发育，而在此过程中释放的CO2又回到大气。

植物死后，经土壤微生物分解释放出的氮元素，又流入到地下水中，经天然回归再返回大气，形成了一个完整的氮循环。

土壤循环是有机物和无机物完成氮元素流动的过程，这种循环可以通过土壤中的微生物和植物把氮从原有化合物形式释放出来，使氮得以流通利用。

细菌利用土壤中的尿素、氨等有机氮化合物，可以把它们氧化成氮气，并作为植物吸收使用的氮源，也可以还原成氨等有机物再次流入植物的体内，这样就形成了氮循环的一个重要环节。

氨氧化微生物生态学与氮循环研究进展一、本文概述随着全球氮素循环和环境问题日益凸显，氨氧化微生物在氮循环中的作用受到了广泛关注。

氨氧化微生物作为氮循环中的关键参与者，负责将氨氧化为亚硝酸盐，为后续的硝酸盐还原和氮的去除提供必要条件。

近年来，氨氧化微生物的生态学特征、功能基因多样性及其在氮循环中的作用机制等方面取得了显著进展。

本文旨在综述氨氧化微生物生态学与氮循环研究的最新进展，以期为深入理解氮循环过程、优化氮素管理和缓解环境问题提供理论依据和实践指导。

二、氨氧化微生物生态学氨氧化微生物在氮循环中发挥着至关重要的作用，它们负责将氨（NH₃）或铵（NH₄⁺）氧化为硝酸盐（NO₃⁻），这是氮素从生物可利用形式向更稳定、不易被生物利用的形式转化的关键步骤。

近年来，随着分子生物学技术的发展，我们对氨氧化微生物生态学有了更深入的理解。

氨氧化微生物主要包括氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）。

这两种微生物在生理生态特征上有所不同，但都能执行氨氧化这一核心功能。

AOB通常生活在富含氧气的环境中，而AOA则更适应于低氧或缺氧条件。

在土壤、水体和沉积物等自然环境中，AOB和AOA常常共存，并可能通过竞争或合作的方式共同影响氮循环的速率和方向。

在生态学上，氨氧化微生物的分布和活性受到多种环境因素的影响，包括温度、pH值、氧气浓度、底物浓度以及其它微生物的竞争和相互作用等。

氨氧化微生物的群落结构和多样性也会随着环境的变化而变化，这种变化可能会影响到氮循环的效率和稳定性。

为了更深入地理解氨氧化微生物生态学，研究者们采用了一系列分子生物学手段，如高通量测序、宏基因组学、稳定同位素示踪等，来揭示氨氧化微生物的种群结构、基因表达、代谢途径和生态功能。

这些研究不仅增进了我们对氨氧化微生物生态学的认识，也为调控和管理氮循环提供了理论基础和技术支持。

氨氧化微生物生态学是氮循环研究中的重要领域，它不仅关乎氮素的生物地球化学循环，也直接影响到农业、环境保护和气候变化等多个领域。

The effects of combined organic and inorganic fertilizer on the bacterial nitrogen cycling functional genes inwheat and maize soils by PICRUSt functional predictionHU He,WU Xian,ZHAO Jian-ning,YANG Dian-lin,WANG Li-li,LI Gang *,XIU Wei-ming *（Key Laboratory of Original Agro-environment Pollution Prevention and Control of Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Tianjin Key Laboratory of Agro-environment and Agro-product Safety,Agro-Environmental Protection Institute,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Tianjin 300191,China ）Abstract ：A field experiment was conducted in a wheat-maize rotation field to investigate the effects of combined organic and inorganic胡菏，吴宪，赵建宁，等.有机-无机肥配施对麦玉轮作土壤中细菌氮循环功能基因的影响[J].农业环境科学学报,2021,40（1）：144-154.HU He,WU Xian,ZHAO Jian-ning,et al.The effects of combined organic and inorganic fertilizer on the bacterial nitrogen cycling functional genes in wheat and maize soils by PICRUSt functional prediction[J].Journal of Agro-Environment Science ,2021,40（1）:144-154.有机-无机肥配施对麦玉轮作土壤中细菌氮循环功能基因的影响胡菏，吴宪，赵建宁，杨殿林，王丽丽，李刚*，修伟明*（农业农村部环境保护科研监测所，农业农村部产地环境污染防控重点实验室/天津市农业环境与农产品安全重点实验室，天津300191）收稿日期：2020-06-20录用日期：2020-09-07作者简介：胡菏（1994—），女，贵州铜仁人，硕士研究生，主要研究方向为生物多样性与生态农业。

氮肥对土壤碳氮磷循环功能基因的影响1. 概述土壤是生态系统中至关重要的组成部分，它承载了植物的生长和微生物的活动，影响着整个生态系统的稳定性和健康。

在土壤中，碳、氮、磷等元素通过复杂的循环过程相互转化，其中微生物在这一过程中扮演着重要角色。

然而，随着农业化、化肥的广泛使用以及人类活动的扩张，土壤中的微生物裙落和功能基因受到了一定程度的影响。

氮肥作为一种广泛使用的肥料，对土壤中的碳氮磷循环功能基因可能产生一系列影响，本文将对此进行深入探讨。

2. 氮肥对土壤微生物裙落的影响氮肥的施用会改变土壤中的氮素含量，进而影响土壤微生物裙落的结构和组成。

一些研究表明，氮肥的施用会导致土壤中一些微生物裙落数量的减少，而另一些则会导致一些微生物数量的增加。

这种变化可能对土壤的生态系统功能产生深远的影响。

3. 氮肥对土壤碳氮循环基因的影响氮肥的施用不仅对土壤微生物裙落有影响，也会影响土壤中的碳氮循环功能基因的表达。

一些研究发现，氮肥的施用会导致一些碳氮循环功能基因的表达水平的改变，进而影响土壤中碳氮物质的转化过程。

这种影响可能会影响土壤的肥力及其健康状况。

4. 氮肥对土壤磷循环基因的影响除了对碳氮循环功能基因的影响外，氮肥的施用还可能对土壤中的磷循环功能基因产生影响。

磷是植物生长所必需的元素，土壤中的磷循环功能基因的表达水平对植物的生长和发育具有重要影响。

氮肥对土壤中的磷循环功能基因的影响也具有重要意义。

5. 结论氮肥对土壤中的碳氮磷循环功能基因具有一定影响，这种影响可能会对土壤的健康和生态系统的平衡产生重要影响。

为了更好地理解这种影响，并能够更好地利用氮肥来维护土壤的健康，未来的研究需要进一步深入探讨氮肥对土壤中微生物裙落和功能基因的影响机制，以及在实际生产中如何更加科学地使用氮肥。

6. 氮肥的使用与土壤微生物多样性另氮肥的过度使用可能导致土壤中微生物多样性的减少。

一些研究表明，氮肥的过度施用可能导致对一些微生物的生长环境产生不利影响，从而减少了土壤中微生物的多样性。

土壤氮循环功能基因
土壤氮循环是指土壤中氮元素的转化和循环过程，涉及到多个关键基因的参与。

这些功能基因在氮循环过程中发挥着重要作用，包括氮的固定、硝化、反硝化等过程。

其中，一些常见的土壤氮循环功能基因包括：
1.氮固定相关基因：如nifH基因，它编码固氮酶的还原酶，参与将大气中的氮气
转化为植物可利用的氨态氮的过程。

2.硝化作用相关基因：如amoA基因，它编码氨单加氧酶的α亚基，参与将氨氧
化为羟胺的过程；nxrA基因则编码亚硝酸盐氧化酶的α亚基，参与将亚硝酸盐氧化为硝酸盐的过程。

3.反硝化作用相关基因：如narG基因，它编码硝酸盐还原酶的α亚基，参与将
硝酸盐还原为亚硝酸盐的过程；nirK和nirS基因分别编码两种不同的亚硝酸盐还原酶，参与将亚硝酸盐还原为一氧化氮的过程；nosZ基因则编码氧化亚氮还原酶，参与将一氧化二氮还原为氮气的过程。

这些功能基因的存在和表达量可以影响土壤氮循环的速率和方向，从而影响土壤中氮素的含量和分布，进一步影响植物的生长和发育。

因此，研究土壤氮循环功能基因对于理解土壤氮循环的机制和调控土壤氮素供应具有重要意义。

有关土壤中“氮代谢”的功能基因
土壤中的氮代谢功能基因是参与氮循环的基因，它们在土壤生态系统中发挥着重要的作用。

要研究这些基因，通常需要进行PCR扩增，这就需要设计相应的引物。

设计引物的基本原则是确保引物与目标基因的特异性结合，并且避免非特异性扩增。

通常需要选择基因编码区的保守区域作为引物设计的靶点，以确保扩增的特异性。

具体的引物设计还需要根据目标基因的序列进行，一般可以通过在线引物设计软件或者人工进行设计。

在设计完成后，需要进行引物的特异性验证和扩增效率测试，以确保引物的有效性。

有机肥氮循环功能基因
有机肥氮循环功能基因是指在生物体内调控氮元素转化和利用过程中起关键作用的基因。

有机肥施用增加了参与甲烷氧化的基因丰度，但对土壤碳降解和固定几乎没有影响。

相反，施有机肥，特别是化学肥料和有机肥的组合，显著降低了参与C固定的cooC（还原性乙酰辅酶A途径）和coxS （CO氧化）的丰度，同时增强了icd的丰度（rTCA循环）。

此外，化学肥料施用增加了参与土壤氮降解、硝化和厌氧氨氧化的基因丰度，同时有利于土壤中同化和异化硝酸盐还原的功能潜力。

然而，化学肥料和有机肥组合显著促进了土壤反硝化潜力，这可能是由于过量的N 输入导致。

补充：一、参与氮循环中的几种作用①固氮作用：大气中的分子态氮被还原成氨的过程。

途径有生物固氮、工业固氮、高能固氮。

②氨化作用：动植物的遗体、排泄物和残留物中的有机氮被微生物分解后形成氨的过程。

③硝化作用：在有氧的条件下，土壤中的氨在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐的过程。

值得注意的是要与化能合成作用分清并注意二者的关系，化能合成作用是利用硝化作用所放出的化学能将CO2和H2O合成有机物的过程。

④反硝化作用：在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮，分子态氮则返回大气中的过程。

列表比较N元素生理过程种内斗争：同种生物个体之间，由于争夺食物，栖息地或其它生活条件而发生的斗争。

种间斗争：不同种生物的个体或群体之间发生。

如一种生物捕食另一种生物或寄生于另一种生物。

或因为生活习性、食物来源相似而产生的对空间、资源的竞争。

保护色：动物外表颜色与周围环境相类似。

警戒色：是指某些有恶臭和毒刺的动物和昆虫所具有的鲜艳色彩和斑纹拟态：一种生物模拟另一种生物或模拟环境中的其它物体从而获得好处的现象叫拟态或称生物学拟态。

（2012，67）、生态工作者对我国北方某地草原的物种数量和分布情况进行调查，设计如下调查步骤：①在物种分布较密集的地方取多个样方。

②计数每个样方内各物种的个体数，作好记录。

③利用步骤②的数据，计算辛普森指数。

④由辛普森指数判断物种的丰富度。

以上步骤中正确的是( )A．①②③B．②④C．③④D．②③解析：辛普森多样性指数（辛普森多样性指数），多样性指数是反映丰富度和均匀度的综合指标。

应指出的是，应用多样性指数时，具低丰富度和高均匀度的群落与具高丰富度与低均匀度的群落，可能得到相同的多样性指数。

（2012，50）、下列哪些条件可能使生物产生适应辐射？( )A．一个物种迁移到一个选择压低的环境中B．不同物种生活在相似或者相同的环境中C．在多样的环境条件下，物种发展出新的适应特征D．个体产生变异而遭淘汰解析：1. 趋异进化：有些生物虽然同出一源，但在进化过程中在不同的环境条件的作用下变得很不相同，这种现象称为趋异进化。