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投稿類別：生物類 篇名 生物之固氮作用及固氮基因轉殖 作者 曾至誠。國立鳳山高中。二年十三班 指導老師 陳佩瑱 生物之固氮作用及固氮基因轉殖 壹●前言 一、研究動機 人類從3000 年前發展至今，目前面臨了三大危機—能源危機、人口危機還 有糧食危機。這三者之中，全球人口總數的暴漲占了很大的因素 ，現今世界總人 口數約70 億人，專家估計到2070 年可能會超過100 億，若要養活如此多的人口， 以地球上有限的耕地、現有的農業方法及體系，是不堪負荷的。因此，發展提高 糧食產量的技術刻不容緩！然而，快速提高作物產量卻不是一件容易的事，植物 如何大量獲得養分變成了首要課題 ，氮元素的攝取便是其中重要的一環 。 二、研究目的 希望藉由這次的小論文研究，能夠深入理解到生物的固氮機制及其固氮之原 理 ，並探討固氮基因轉殖的可能性。基因轉殖或許不難 ，但經過基因轉殖後的新 作物是否有其作用？希望此次研究可以解答我的疑惑 ，得到心得 。 三、研究方法 到市立圖書館尋找相關書籍與資料，同時留心科學月刊是否有刊載可用新知， 並在資訊來源正確的網站查詢，經過仔細閱讀後寫出論文大綱，整理歸納後得到 結論。 貳●正文 一、何謂固氮 顧名思義即「氮」的固定 ，「簡稱固氮 （Nitrogen fixation ），是指將空氣中遊 離態的氮（氮氣）轉化為含氮化合物（如硝酸鹽、氨、二氧化氮）的過程。可分 為自然固氮以及人工固氮兩種。」(註一)工業上我們使用哈伯法製氨，將氮氣與 氫氣在極高溫、高壓下使用催化劑作用完成；而自然界中，除了耳熟能詳的根瘤 菌固氮外，「目前已知約200 種的放線菌、厭氧菌及光合作用細菌均有固氮 （nitrogen fixation 簡稱nif ）的能力。」(註二) 1 生物之固氮作用及固氮基因轉殖 圖一 ：地表上的氮循環 (閻隆飛、遊長芬。生物固 氮biological nitrogen fixation 。取自 / mywebB/Newbook-7/kd-06.h tm) 二 、生物的固氮機制 (一) 共生固氮（兩種生物共生時才有固氮的能力） 1. 豆科植物和根瘤菌的共生固氮 豆科植物、小麥以及水稻等自古以來都是重要糧食作物，我們的祖 先和古羅馬人、希臘人早已了解種植豆類或以之輪作可以增加或恢復農 田土壤的肥力。據估計 ，豆科植物中約有90％的種類會跟根瘤菌形成 根瘤，且平均每年每公頃可以固氮約100 到300 公斤之間。而固氮作用 的大功臣，便是豆科植物的根瘤，沒有根瘤的豆科植物也就沒有固氮的 能力。 「根瘤菌是土壤中常見的一類桿狀細菌，它本身並沒有固氮能力， 當植物的根部受細菌的感染形成根瘤時才具有固氮能力」(註三) ，不同 的植物引發根瘤的細菌不盡相同。根瘤菌在土壤中受到植物根部的分泌 物吸引聚集到根部，接著透過根毛的表皮傷口進入，此時 「根毛發生綣 屈，同時根部形成一條感染絲（infecti