窒素同化と窒素固定の違いが理解できません。窒素同化は植物で、窒素固定は最近だという区別は付くのですが、窒素同化と窒素固定は互いに関係しているのでしょうか。
アゾトバクターなどの細菌が窒素を窒素固定してアンモニアを作りますよね、それを、亜硝酸菌が亜硝酸にかえて、その亜硝酸を今度は、硝酸菌が硝酸にかえて、それを植物が、イオンの形で、取り込んで、窒素同化して、アミノ酸を作るということでしょうか。つまり、植物は、窒素固定細菌に助けを借りている状況なのでしょうか。両者の関係を教えてください。よろしくお願いします。

上の質問に重ねてお聞きしたいのですが、窒素固定細菌は窒素からアンモニアを作ることと同時に、窒素同化して、タンパク質をつくるということを一挙にやっている細菌なのでしょうか。

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A 回答 (4件)

 「窒素同化」と「窒素固定」に関しては,edogawaranpo さんがお書きの「生化学」の教科書や「植物生理学」の教科書にのっていると思います。

ネットで検索しても多数ヒットします。

 例えば,「GLN(GREEN & LUCKY NET)からこんにちは」というペ-ジ(↓1番目)があります。このペ-ジから,「《グリーン・コーナー》」→「[11] 植物生理学へどうぞ」→「03  〃  〈植物生理学とは2〉」と辿って下さい。

 また,「『高校生物』のインターネット公開授業」というペ-ジ(↓2番目)の「第2部 生体内の化学反応 第4章 同化=炭酸同化と窒素同化」にも記載があります。

 これらを見ると,「窒素同化」とは「窒素ガスを窒素化合物(アンモニア)に変換する事」であり,「窒素固定」とは「はアンモニアや硝酸塩から有機化合物(アミノ酸)を合成する事」らしいです。


 「植物は、窒素固定細菌に助けを借りている状況なのでしょうか」に関しては,植物は生物由来の窒素化合物(タンパク質)を,そのままでは利用できないため,細菌の働きでできるアンモニアや硝酸塩などを必要とするそうです。ただ,アンモニアはタンパク質合成までに硝酸塩より手間がかかるため,硝酸塩の方を好んで利用するそうです。また,アンモニアの濃度が高くなると植物にとって有毒になるそうです。

 一方,細菌は枯れた植物などを分解して栄養をとっていますので,この意味では,両者はお互いに助けを借りているといえます。が,お互いに相手のためを考えてやっている事でないのは分かりますよね。


 「窒素固定細菌が窒素同化して、タンパク質をつくるということを一挙にやっているかどうか」ですが,その能力はあると思います。ただ,上にも書いた様に,枯れ草などの分解で得られるアミノ酸などが充分にある状況で,実際に窒素同化(アミノ酸合成)をやっているかどうか?これはチョット分かりません。

参考URL:http://www2u.biglobe.ne.jp/~gln/index.htm, http://village.infoweb.ne.jp/~hispider/biology/t …
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この回答へのお礼

>「窒素同化」と「窒素固定」に関しては,edogawaranpo さんがお書きの「生化学」の教科書や「植物生理学」の教科書にのっていると思います。ネットで検索しても多数ヒットします。

ご紹介していただいたページにいきました。すごく参考になることがいっぱいあって驚きました。今まで本ばかりが情報源だと思っていたのですが、少し古い考え方でしたね。これからも、そのようなページを有効に活用させていただきたいと思います。

>アンモニアはタンパク質合成までに硝酸塩より手間がかかるため,硝酸塩の方を好んで利用するそうです。また,アンモニアの濃度が高くなると植物にとって有毒になるそうです。

なるほど、手間がかかるのと、有毒になるおそれがあるのですね。ちゃんと理由があることを教えてもらって良かったです。

>ただ,上にも書いた様に,枯れ草などの分解で得られるアミノ酸などが充分にある状況で,実際に窒素同化(アミノ酸合成)をやっているかどうか?これはチョット分かりません。

なるほど、動物が死んで腐敗すると、窒素化合物が発生するだけなのに対し、植物が枯れて腐敗すると、アミノ酸が出るんですね。このあたりもおもしろいですね。お返事ありがとうございました。

お礼日時:2001/09/28 00:33

すでにみなさまのわかりやすい答えが出てますし、センター程度でよいということなんであまり詳しいことはよいと思いますがせっかく興味をもたれていますので、ご質問の分だけ。



>イオンの形にするのは植物が自ら行っているのでしょうか。

ここは教科書、生態学の部分でおそらく分解者というグループが出てくると思いますが彼らの仕事です。

>「窒素固定細菌が窒素同化して、タンパク質をつくるということを一挙にやっているかどうか」ですが,その能力はあると思います。ただ,上にも書いた様に,枯れ草などの分解で得られるアミノ酸などが充分にある状況で,実際に窒素同化(アミノ酸合成)をやっているかどうか?これはチョット分かりません。

rei00さんの疑問も含めてですが、独立タイプの細菌、すなわちs-wordさんも挙げておられるアゾトバクタータイプでは確実にその能力を持ちます。例えば窒素固定酵素:ニトロゲナーゼ)、(全タンパク量の20%に及ぶ、植物で言えばルビスコですね)を自分で作っています。
光合成細菌などでは自分でエネルギーも作ります。これは他の質問であったATPとかが関連しますね。どこかの章で出てるのではないですか?
rei00さんのご想像にある通り十分に栄養がある場合ではそれを吸収し利用ます。同化をサボるわけです。この辺はどん生物も共通なのでしょう。酵母でもグルコースがたくさんあると酸素呼吸をサボってアルコール発酵が多くなるでしょ。別にサボっているわけではないですけどね。
また空中窒素固定もN源が十分にある場合は減少します。

根粒菌、放線菌など共生する仲間でも同様にタンパクは作ります。
しかし、アミノ酸の合成でいくと宿主からの提供(別にすきで挙げているわけではないでしょうけど)を受けています。

テストには出ませんが少し進んだ知識と、他の章との関連付けをしておきました。
多方面から覚えておくと、記憶の引出しを開けやすくなりますよ。
復習にもなりますし。
勉強がんばってね。
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植物の窒素固定は.最近の生化学の本に載っていると思います。


私の頃は.窒素は硝酸でのみ植物が吸収できると覚えていましたが.最近の話題(お茶の栽培)では.アンモニアを直接吸収するので.アンモニアで施肥するとのことです。

このあたりの生合性経路(吸収経路を含めて)は生化学の最近の本にならば載っていると思います。
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この回答へのお礼

>私の頃は.窒素は硝酸でのみ植物が吸収できると覚えていましたが.最近の話題(お茶の栽培)では.アンモニアを直接吸収するので.アンモニアで施肥するとのことです。

絵や本には植物はアンモニアからも少量吸収すると書かれたありました。生化学ですか、ご回答どうもありがとうございました。

お礼日時:2001/09/28 00:10

 概ねそのような理解でいいと思います。


 付け加えるならば、植物がしているのが「窒素同化」で、細菌がしているのが「窒素固定」というのではなく、無機窒素化合物から有機窒素化合物を合成するのが「窒素同化」で、分子状窒素ガスが窒素化合物になることを「窒素固定」と理解するといいと思います。
 又、窒素同化は必ず生体で起りますが、窒素固定は無機的にも起りえます(紫外線とか雷とか工業的過程とかです)。
 
 「植物は窒素固定細菌に力を借りている」というと、窒素固定細菌なしでは植物は窒素源に困るというイメージになりがちですので、ちょっと補足したいと思います。
 生態系における窒素循環のしくみでは、窒素は脱窒素細菌による脱窒素以外の方法では殆ど分子状窒素ガスにはなりません。ですから、いったん固定された窒素はさまざまな化合物に姿を変えつつも、その生態系にとどまることになります。食物連鎖がいくら進んでも、動物の排出物や死骸、植物の枯死体などはすべて何らかの形でリサイクルされることになります。従って、普通の生態系では窒素源はもとから十分に供給されているわけです。ですから、結果として窒素という物質がこのように循環しているというだけであって、植物も窒素固定細菌もめいめいが勝手にやっているだけといえます。(窒素固定細菌が植物を助けるために窒素固定しているわけではないことは、お分かりでしょう。) 
 根粒菌とマメ科植物のような共生関係の場合は、お互いの弱いところを補い合っているので、むしろ「助け合い」というべきでしょう。
 いずれにしろ、イーブンの関係にあるといえます。(もちろん例外はあるでしょうが、一般的にはこうです)
 

 もう1つの方の質問はあまり自信がないのですが、上に述べたことを考えると、窒素固定細菌は基本的には植物が同化した窒素化合物を期待していないので、自分で同化も行っているものと考えるのが自然ではないでしょうか?

 長々と失礼しました
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この回答へのお礼

>付け加えるならば、植物がしているのが「窒素同化」で、細菌がしているのが「窒素固定」というのではなく、無機窒素化合物から有機窒素化合物を合成するのが「窒素同化」で、分子状窒素ガスが窒素化合物になることを「窒素固定」と理解するといいと思います。

「分子状窒素ガスが窒素化合物になること・・」と書かれてあるのですが、この窒素化合物は、ただの窒素化合物のことですよね。この窒素ガスと窒素化合物と有機窒素化合物はイメージがわかないのですが、やはり名称だけで理解するしかないのでしょうか。

>動物の排出物や死骸、植物の枯死体などはすべて何らかの形でリサイクルされることになります。従って、普通の生態系では窒素源はもとから十分に供給されているわけです。

これは、窒素化合物のことでしょうか。窒素化合物を取り込むのも亜硝酸がいないと基本的にだめですよね。それと、イオンの形にするのは植物が自ら行っているのでしょうか。お返事ありがとうございました。

お礼日時:2001/09/27 04:14

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単に伐採しただけであれば、またハリエンジュが出てくるでしょうね。根の再生力が強く、難防除植物として世界各地で問題になっています。それを防ぐためには、根っこを掘り出すか、切り株に薬剤を処理する必要があります。

それはともかく、窒素固定能を持つ植物は、緑化には、肥料をまく手間もいらず、ほっといても緑のボリュームを増やしてくれるものとして重宝がられていました。しかし、窒素固定能故に、その地の生態系基盤を破壊する植物として、現在は各地で伐採や防除が検討されているようです。

窒素成分が増えることは、植物にとっては確かにありがたいことではありますが、それによって得をするのは、肥料を食う代わりに成長の速い一部の種だけです。そのような種がもともとその地の植生にあれば、その種によって植生は復元するのですが、実際は外来種が得をする、つまり優占するという結果になることが多いです。そして、その地で本来辿るべき植生遷移が損なわれ、外来草本を伴うハリエンジュ林あるいはオオバヤシャブシ林となってしまいます。
岡山ではおそらくマツ→落葉樹→シイ・カシというのが正常な遷移の粗筋だと思います。それがいきなりハリエンジュ林で固定しちゃいます。ハリエンジュは根を広げ、そこから萌芽する性質が強いため、ますます他の木本植物が生えにくくなります。そして下草には外来種が蔓延るため、雑木林の林床に生えるようなランなど繊細な植物がその地で絶滅することになります。

伐採するということは、おそらくそのように危機に瀕している在来種があるからではないでしょうか。もちろん、景観的にも相当在来林とは相当異なったものにもなります。

ハリエンジュの「害」はもっといろいろあり、例えば、強烈な香りと甘い蜜(アカシアの蜂蜜は、ハリエンジュの蜜です)で昆虫を誘引するため、周辺のもっと地味な香りと蜜を持つ在来種の交雑が妨げられる、とか、蜜を求めてサルの集団が集まり、行動パターンを変化させる、などが報告されています。

ただ、逆にハリエンジュの旺盛な生育力でないと、表土の流出を止められないこともあります。それにより、大規模な土砂災害を予防するために有用です。

そのように、メリット、デメリットを検討した上で、デメリットが大きいということで伐採という結論になったのではないでしょうか。

単に伐採しただけであれば、またハリエンジュが出てくるでしょうね。根の再生力が強く、難防除植物として世界各地で問題になっています。それを防ぐためには、根っこを掘り出すか、切り株に薬剤を処理する必要があります。

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