Category: 化学 公開されました。 2014年2月21日
植物は空気から直接窒素を摂取しているわけではありません。 窒素は空気中に最も多く存在する元素ですが、空気中のすべての窒素原子は、別の窒素原子と三重結合して分子状窒素（N2）を形成しています。 この三重結合は非常に強く、切断するのは非常に困難です（化学結合を切断するにはエネルギーが必要ですが、エネルギーは結合が形成されるときにのみ放出されます）。 そのため、空気中にごく普通に存在する窒素であっても、植物が利用できる原子を得るために窒素分子を分割することは、エネルギー的に不利なのです。 また、窒素は三重結合が強いため、他のほとんどの化学物質と反応しにくい。 このことが、そもそも空気中に窒素が多い理由の一つでもあります。 また、窒素分子は安定性と対称性を持っているため、異なる窒素分子同士が結合しにくくなっています。
窒素分子の2つの原子をバラバラにすることを「窒素固定」といいますが、これは窒素分子の安定性と対称性によって、異なる窒素分子同士が結合しにくくなることを意味します。 植物が必要とする窒素は、すでに細菌や古細菌によって固定された土壌から得ています。 土壌中や一部の植物の根にいる細菌や古細菌は、空気中の窒素分子（N2）をアンモニア（NH3）に変換し、窒素分子の強固な三重結合を切断する能力を持っているのです。 このような生物を「ジアゾ栄養細菌」と呼ぶ。 ここから、さまざまな微生物がアンモニアを植物が利用しやすい他の窒素化合物に変換する。 このように、植物は土壌中やある種の植物の根にいる微生物を介して、空気中から間接的に窒素を摂取しているのです。 なお、雷や高エネルギーの太陽光線も窒素分子を分解することができるので、空気中の窒素も固定される。 しかし、雷や太陽光線によって固定される窒素の量は、土壌中や根の中のジアゾ栄養細菌によって固定される量に比べれば、微々たるものである。 ジョン・ポストゲート氏は著書『Nitrogen Fixation』の中で、
窒素の固定（大気中の窒素を植物が利用できる形に変えること）は、世界の農業の基本プロセスであると述べています。 これは、自然発生的、人為的、生物学的活動の結果として生じるものです。 生物学的営為の存在と重要性は1世紀以上前から認識されていたが、過去数十年の科学的進歩により、その性質とメカニズムに関する我々の理解は根本的に変化している。
Topics: air, ammonia, atmosphere, diazotroph, nitrogen, nitrogen fixation, plants