窒素固定（窒素固定作用）

事実

窒素固定は土壌中の窒素の主要供給源であり、植物の成長に不可欠です。窒素はアミノ酸（タンパク質の構成要素）やRNA・DNAを構成する核酸に必須です。

窒素固定とは

大気中に最も多く存在する元素である窒素（N₂）は化学的に安定で反応性が低く、生物は直接利用できません。窒素固定は大気中のN₂を還元してアンモニア（NH₃）に変える過程で、最終的にアンモニウムイオン（NH₄⁺）として利用可能になります。

機能

窒素固定菌は窒素酵素（ニトロゲンアーゼ）を用います。この酵素はモリブデン原子を含む特殊な構造で、窒素をアンモニアに変えるために大量のエネルギーを必要とします。自由生活型の菌は自らエネルギー源を確保しますが、共生型は植物から糖質を供給され、エネルギーと炭素を得ます。

特徴

共生型窒素固定菌は植物と相互関係を築き、植物は菌に糖を提供し、菌は固定した窒素を植物に供給します。代表例として、シアノバクテリアのAnabaenaが水シダのAzollaと共生し、稲作の肥料として利用されています。

考慮事項

稲妻による窒素固定も起こりますが、全体のごく一部しか貢献していません。大部分は窒素固定菌によって行われます。