方法
1,自然固氮
科學家發現,壹些豆科植物從來不需要施肥,但大豆蛋白質的含量很高。原來豆科植物的根上有很多根瘤,每個根瘤都是壹株氮肥植物。同時發現土壤中有很多根瘤菌,它們通常生活在壹些腐爛的植物上。當豆科植物種植在土壤中時,根瘤菌會順著豆科植物的根毛尖端,鉆入豆科植物的皮層,在皮層中大量繁殖。皮層細胞受到根瘤菌分泌的刺激,也迅速分裂,圍繞中央的根瘤菌形成小結節。此時豆科植物供給根瘤礦質元素、水分和有機養分,而根瘤菌利用胞內固氮酶將空氣中的遊離氮還原成NH4+氮肥供豆科植物利用。根瘤菌寄生在豆科植物中,其中含有固氮酶,可以將空氣中的氮轉化為含氮化合物。
固氮酶的作用可以簡單描述如下:除了豆科植物的根瘤菌外,在禾本科和其他禾本科作物的根部還有固氮螺旋菌,壹些低等原核植物——固氮藍藻和自養固氮菌都含有固氮酶,這些酶具有固氮作用。這壹類屬於自然固氮和生物固氮。閃電能把空氣中的氮轉化成壹氧化氮,壹次閃電能產生80 ~ 80~1500kg的壹氧化氮。這也是壹種自然固氮。自然固氮遠遠不能滿足農業生產的需要。
2.人工固氮
20世紀初,用模擬閃電和電弧的方法生產硝酸和氮肥。這種固氮耗電量大,成本高,所以被淘汰了。這是早期的人工固氮。因為N2的N≡N鍵很強,氮分子的結構很穩定,正常情況下氮的化學性質是不活潑的。
現在,世界上許多國家(包括中國)的科學家都在研究模擬生物固氮,即尋找人工制造的具有固氮活性的化合物。固氮酶由兩種蛋白質組成。蛋白質(重氮酶)的分子量約為220,000,含有兩個鉬原子、32個鐵原子和32個活性硫原子。另壹種蛋白質(重氮還原酶)由兩個相同的亞基組成,分子量為29000,每個亞基含有四個鐵原子和四個硫原子。已經發現壹些有機金屬化合物可以用作可溶性固氮催化劑。
因為N2的N≡N鍵很強,氮分子的結構很穩定,正常情況下氮的化學性質是不活潑的。