生物固氮及其发展前景分析解析
人工合成微生物固氮技术的研究现状
人工合成微生物固氮技术的研究现状随着人类社会的不断发展，人们对于农业生产和粮食安全的需求也日益增加。
其中，农作物的氮素需求量尤为关键。
于是，人们开始探究一种新的方法——微生物固氮技术。
微生物固氮技术是什么？微生物固氮技术是指利用一些可以独立生存的微生物，将氮态氮固定成大分子化合物，以提供农作物的氮素营养。
这一技术的核心是细菌通过转化生物大分子，将空气氮气转化为可供植物利用的氨态氮、亚硝酸态氮和硝酸态氮，从而达到提高作物产量的目的。
人工合成微生物固氮技术的研究现状当前，人工合成微生物固氮技术已经成为了固氮领域的一个重要研究方向。
国内外不少科研机构都在开展相关的研究工作。
首先就是在前沿科技领域——合成生物学领域，不断涌现着具有微生物固氮能力的新型生物。
例如，美国农业部2018年曾发表一篇论文介绍了一种新型的光合细菌——Rhodobacter sphaeroides，它在细菌界中具有很强的氮固定能力。
然而，这种细菌的分离和培养非常困难，因此，科学家们经过多年的探究，利用基因编辑技术和基因拼接技术，成功合成了带有Rhodobacter sphaeroides关键氮固定基因的新型微生物，从而形成了一项全新的微生物固氮技术。
其次，很多国内外大学都在开展微生物固氮的新型研究。
例如，中国农业大学生命科学学院的蒲龙教授团队一直在从事微生物固氮、根瘤菌与大豆互作等领域的研究。
他们也成功构建了一些新型的微生物固氮功能模块，并进行了一系列的检测和验证工作。
不仅如此，还有很多与微生物固氮技术相关的领域也在紧锣密鼓地开展着相关研究。
例如，一些光合细菌的应用研究、土壤微生物种群结构与功能变化的研究等等，都具备着推动微生物固氮技术实现更大突破的潜力。
微生物固氮技术的应用前景由于微生物固氮技术具有很高的氮转化效率、高附加值和环境友好度等优点，因此其在土地修复、农业生产等领域的应用可谓是无限广阔。
首先，微生物固氮技术能够辅助农业进行有机化生产。
生物固氮的研究进展及发展趋势
生物固氮的研究进展及发展趋势
生物固氮是一种自然界中重要的氮循环过程，其在农业和生态系统中具有重要的意义。
研究生物固氮的进展以及未来的发展趋势，对于提高农作物产量、节约化肥资源、增加土壤肥力以及保护环境都具有重大意义。
近年来，生物固氮的研究取得了一系列重要的进展。
首先，对于固氮微生物群落结构和功能的理解不断深化。
通过使用分子生物学技术，可以快速检测和鉴定土壤和根际中的固氮微生物，了解它们的多样性和分布情况。
此外，通过基因组学和转录组学等方法，可以深入研究固氮微生物的基因表达和代谢途径，进一步揭示其固氮机制。
其次，关于如何提高固氮效率的研究也取得了进展。
通过选择性培育具有高效固氮能力的微生物或植物品种，可以显著提高固氮效率。
同时，研究表明，与其他生物有机肥料和化学肥料的联合使用可以进一步提高固氮效率。
此外，通过调控固氮微生物与宿主植物的共生关系，可以提高植物对固氮微生物的利用效率。
在生物固氮的未来发展中，一方面，研究人员将继续深入探索固氮微生物的多样性和功能，通过开展元基因组学和功能基因组学研究，预期会发现更多新的固氮微生物。
另一方面，研究人员将努力开发新的技术和方法，以提高固氮效率。
例如，通过基因编辑和代谢工程等手段，改良固氮微生物的代谢途径和固氮酶的催化效率。
此外，研究人员还将关注固氮微生物与植物之间的信号交流和共生调控机制，以更好地控制和利用生物固氮过程。
综上所述，生物固氮研究取得了不少进展，并且未来的发展趋势也比较明确。
通过深入研究固氮微生物群落结构和功能，以及努力提高固氮效率，我们有望实现更加可持续和高效的氮肥利用，在农业生产和环境保护中发挥重要作用。
生物固氮技术在农业发展中的应用
生物固氮技术在农业发展中的应用生物固氮技术是一种利用生物体将空气中的氮气转化为可用氮源的技术。
氮素是植物生长和发育的关键元素，但是空气中的氮气不能被大部分植物直接利用，因此需要通过化学合成或者其他途径将氮转化为可用的形式，以提高农作物的产量和品质。
但是传统的氮肥使用存在很多问题，如氮肥的价格昂贵、对环境污染严重、对农作物生长的负面影响等。
与此相比，生物固氮技术则具有成本低、无污染、有利于土壤健康等优点，因此被越来越多的人关注和应用。
生物固氮技术主要通过利用植物与一些对氮气固定能力较强的微生物一起生长来实现。
这些微生物包括一些根瘤菌、蓝藻、细菌等。
这些微生物在植物根际中寄生，可以将空气中的氮气转化为氨等可用态氮，供植物吸收利用。
其中，根瘤菌通过与豆科植物的根系共生，形成根瘤，这些根瘤中包含有能够固定氮气的Rhizobia 细菌。
与此同时，细胞内的氮酸还能使植物形成更多的根系和分支，促进植物的生长发育。
这样一来，可以降低或者完全替代化学氮肥的使用，减轻了化学肥料对土壤的损伤和对环境的危害，保护了土壤和水资源的健康，同时还可以提高农作物的产量和品质。
实际上，生物固氮技术早在上世纪初就被人们开始重视和研究。
如今，生物固氮技术已经得到了广泛的应用。
在农业方面，生物固氮技术的应用已经涉及了农田、果园、蔬菜、林业等领域。
比如说，带毛豆和黑豆等豆科作物就被广泛地用于农业生产中。
在林业方面，还可以通过根瘤菌的共生来改良林木，提高林木的生长速度和质量。
这些应用不仅可以提高农作物的产量和品质，而且还可以保护土壤和水资源的健康。
此外，生物固氮技术还可以应用于城乡环境治理。
在城镇化进程中，城市化和工业化普遍存在着土地资源的大量占用和污染，而生物固氮可以改善土壤质地和结构，为环保提供多样化的可持续方案。
如广泛被作为生态环境治理手段的旱地固沙防护，就是通过林木的生长和根瘤菌的共生，使其能够在干燥贫瘠的地区生存，以此达到减轻土地沙化和土地退化等环境问题的治理。
生物固氮产业发展状况
一、生物固氮产业发展状况1、生物固氮产业发展的背景意义氮、磷、钾是作物的三大营养元素，氮素尤其重要。
虽然空气中氮气的含量接近80%，但由于氮气是惰性气体，不能为作物直接利用。
化学氮肥的施用，在补充作物氮素营养、提高作物产量、保障我国的粮食安全方面发挥了巨大作用，但近年来，其与生态环境及农业可持续发展的矛盾日益凸显：1）化学氮肥的过量及不合理施用，使氮肥利用率不足30%，造成大量资源的浪费；2）粮食产出与化肥投入比呈现逐年下降的趋势，化肥在保障粮食安全方面的作用逐渐减弱；3）带来了环境污染等一系列问题：污染水体：全国532条河流中，82%受到不同程度的氮污染，水体富营养化严重；污染大气：每年我国氮肥生产耗能1亿多吨标准煤，CO2净排放量可达4亿吨以上，加剧温室效应；破坏土壤结构：部分地区土壤有机质含量从5%～8%，已降到1%～2%，土壤板结严重；影响食品安全：豆科作物食用部分的硝酸盐含量随着氮肥施用量的增加而大幅度提高，人体摄入的硝酸盐约80%以上来自豆科作物， 34种豆科作物的350个样品分析测定中，硝酸盐含量超标占61.7%；加剧病虫害：在黑龙江等粮食主产区，每年生产季节发生病虫害面积达600万亩，其中70%是因氮肥过量引起的，造成直接经济损失达50亿元。
在世界性能源危机和环境污染的压力下，必须寻求一种高效利用资源、环境友好的农业生产途径。
生物固氮，是发生在含有固氮酶的微生物种类中，将氮气还原成氨的一种生物过程，此过程在自然条件下完成，不消耗能源，也不对环境产生污染。
在自然界中，已知200多属细菌中含有固氮菌株，根据其与植物的互作关系分为：共生固氮菌，联合固氮菌和自生固氮菌，其中，根瘤菌能够与豆科植物形成共生固氮体系，共生固氮效率最高；联合固氮菌与植物是一种松散的结合，定植于作物的根际和植物体内进行固氮，并可分泌植物激素促进作物生长；联合固氮和共生固氮都可为作物提供氮素，减少化肥使用，在环境污染越演越烈的今天备受关注，生物固氮的可功效为：1）在减少化学氮肥上的作用。
生物固氮在农业生产方面应用的研究现状与展望
（上转第 61 页）氮肥的 55％以上， 随着豆科种植业的发展，至 2002 年美 国化学氮肥消耗量已降至 1087 万吨左 右。1990 年，澳大利亚年消耗化学氮 肥 44 万 吨， 而 豆 科 植 物 根 瘤 菌 固 定 的氮素却有 140 万吨，是化学氮肥使 用量的 3 倍以上。巴西种植大豆全部 不用氮肥，只接种根瘤茵剂，大豆产 量仅次于阿根廷，为世界第二，每年 仅节约的氮肥价值就达 25 亿美元之多 [5]。
小镇在自然山水的基础上人为地营造了异国他乡轻松 宁静的环境，湖畔的木质桌椅、石板街道、古朴的街灯， 均采用不带刺激性淡雅古朴的原木色调，植物配置上也选 择了枝叶柔软的植物。轻松的氛围有利于放松人们的心情， 消除游客体力疲劳和调剂心理及精神上的疲惫。小镇在设 计上充分地满足了游客休闲游憩的需求。
2、茵特拉根酒店。 幽静的湖对面是茵特拉根酒店，米黄色的建筑加上几 个圆锥形塔尖，玻璃穹顶大堂典雅迷人，别墅群高低错落， 自由穿插，因地制宜，巧妙地利用自然而又融于自然之中。 山、别墅与眼前清澈的山海 景观完美结合，既延续了欧洲提倡自然庭园的思想，又使 建筑与园林融为一体，园林成了建筑的户外延续部分。酒 店在湖光山色中，与小镇交相辉映，浑然一体，湖水赋予 了酒店无限的灵气和清澈，似乎这些群山之中的别墅酒店 因为有了柔美清澈的水，出落成一个美得不食人间烟火的 童话城堡，这也许就是华侨城在设计上的独到之处吧。 结语 东部华侨城成功地将瑞士因特拉根小镇搬到了这里， 完全没有了中国风格，撷取瑞士阿尔卑斯山麓茵特拉根的 建筑、赛马特的花卉、谢菲尔德的彩绘等多种题材和元素， 实现了中欧山地建筑风格与三洲田优美自然景观的完美结 合。茶溪谷主题公园突出了环境生态和园林绿化，加强了 生态宣传，在设计上将环保节能低碳做到极致，湿地花园 更是将生态环保的科普主题溶入其中，这是中国大型生态 旅游区发展模式的跨越式探索和开创世界级度假旅游目的 地的发展创新试验。
生物固氮技术的应用与前景
生物固氮技术的应用与前景生物固氮技术，是指利用某些微生物或植物，通过固氮作用将空气中的氮气转化为植物可利用的氨基氮而形成一种新型的农业技术。
在农业生产中，应用生物固氮技术可以有效地提高土壤肥力，促进作物的生长与发育，减少农民施肥成本，改善农业生态环境等，因此被广泛地应用于农业生产中，具有广阔的发展前景。
一、生物固氮技术的应用生物固氮技术的应用非常广泛，主要应用于三大领域，具体如下：1.农业领域生物固氮技术的运用，可以改善土壤肥力，增加农田的生物量，提高农产品的产量和品质。
通过种植草坪、绿肥、豆科作物等来增加土壤中的氨基氮含量，不仅可以提高作物的产量，同时也可以降低农民的施肥成本，减轻农民的负担，特别是对一些贫困地区的农民来说，生物固氮技术的应用意义更加重大。
2.环境保护领域生物固氮技术的应用还可以改善环境。
农业生产中过度使用化肥，会导致土地肥力下降，同时化肥还会污染地下水，污染环境。
利用生物固氮技术来提高土地肥力，可以有效地减少化肥的使用量，从而降低化肥对环境的污染。
3.生态修复领域利用生物固氮技术进行退化土地的修复，可以恢复土地的肥力，提高土地的西质，使得荒地成为有生命力的耕地。
同时，种植豆科作物还可以增加土壤有机质和微生物数量，改善土壤生态环境。
二、生物固氮技术的前景生物固氮技术在未来的发展中，将会有以下几个方面的发展趋势：1. 应用广泛程度还会进一步提升。
生物固氮技术虽然已经得到了广泛运用，但是在很多地区，尤其是发展中国家农村地区，生物固氮技术还没有得到充分的应用。
未来，生物固氮技术的应用范围还会进一步扩大。
2.技术手段不断创新。
生物固氮技术目前已经在很多方面取得了显著进展，但是目前仍存在着一些技术的不足之处。
未来，生物固氮技术的研究人员将继续创新技术，提高技术的精度、高效性和环境友好性。
3.绿色农业的快速发展。
随着人们对于环境污染和食品安全的重视，绿色农业的快速发展，成为未来农业发展的重要趋势。
生物固氮可促进农业持续发展
生物固氮可促进农业持续发展最近研究发现，化学氮肥用量的增加是中国空气中氨浓度稳步上升的重要原因，特别是在雾霾最严重的华北平原。
为尽快改变现状，我们建议，一是将动植物遗留的废弃物通过栽种食用菌等方式，将菌渣加适量化肥转变成农田肥料使用；二是充分发挥生物固氮作用。
通过这两项措施可大幅减少化学氮肥用量，既能培肥土壤，又能达到作物优势高产，促进农牧渔业持续发展和环境美好的目的。
我国食用菌产业历史悠久，且具备大力发展食用菌产业的优良条件。
生产食用菌的同时，产生了大量的菌渣。
其粗蛋白含量高于10%，肥用指标达到或超过了人粪尿、猪粪和牛粪的含量，是优质的有机肥。
施用这种有机肥，农作物中的硝酸盐和亚硝酸盐含量将会降低，消费者可得到更安全的农产品。
食用菌是一个“一箭三雕”的产业：收获了食用菌产品本身；减少了动植物废弃物对环境的污染；生产了大量的优质有机肥。
所以，发展食用菌产业不仅可以致富，还能变废弃物为资源和促进有机农业的发展。
每年全球生物固氮约为2亿吨纯氮，相当于当今全球工业氮肥的总量，其中与豆科植物共生的根瘤菌固定的氮占其中的60%~70%。
这一共生体系固定的氮不仅满足其宿主的需要，还可部分提供给附近的作物利用；而豆科植物根部含氮约占其总氮量的35%，可供后茬作物使用。
此外，近年研究发现，禾本科帮助豆科排除氮阻遏及其分泌物可促使豆科植物结瘤，实现互惠共高产。
因此，豆科植物与其他植物间套轮作可以少施化肥，且优质高产。
中国农业大学根瘤菌研究中心开展了一系列根瘤菌匹配筛选和大田接种实验，均证明接种相匹配的高效根瘤菌不仅能够替代化学氮肥，且提高了豆科作物产量和品质。
我国南方的水稻田及冬闲地，可以种植豆科紫云英、苕子、田菁等肥田作物，或种植豌豆、蚕豆等经济豆类；北方旱田、果园、草原等区域可广泛种植各种豆类作物或豆科牧草。
总之，根据实际情况，均接种与豆科品种相匹配且适应种植土壤的根瘤菌，广泛开展豆类与其他作物间套轮作，可大幅减少化学氮肥，实现我国生态农业的持续发展。
生物固氮技术在农业中的应用
生物固氮技术在农业中的应用生物固氮技术是一种将大气中的氮气转化为可以被植物利用的形式，从而提高土壤肥力和植物生长的技术。
随着人们对可持续农业的需求不断增加，生物固氮技术在农业中的应用逐渐受到关注。
一、生物固氮技术的原理和分类生物固氮技术是利用微生物将大气中的氮气转化为植物可吸收的氨态氮或硝态氮。
微生物通常是一些氮固氮菌，它们生长在植物根际或者土壤中，利用大气中的氮气进行固氮作用。
生物固氮技术可分为天然固氮和人工固氮两大类。
天然固氮包括在细菌和植物之间的固氮共生关系、植物对土壤中自由氮固氮菌的利用等，而人工固氮主要指的是利用人工手段增加土壤内氮固氮菌的数量或者引入天然的氮固氮菌来提高农业产量。
二、生物固氮技术在农业中的应用1.作物肥料作为农业生产的重要组成部分，肥料不仅关系到农产品的质量和产量，而且直接影响着生态环境的保护和持续发展。
生物固氮技术的应用使得农民们可以通过人工手段引入氮固氮菌，使土壤中的氮素供应增加并保持长期的肥力，从而提高作物的净产量和品质。
2.增加农产品产值在农业生产中，生物固氮技术的应用可以修改作物生产的方案，使得农作物在吸收氮素的同时，也吸收相应的固定内部铁、锌、硒等成分，增加对营养的吸收和吸附，从而使农产品产值水平相应提高。
3.调节土壤酸碱度生物固氮技术的应用还可以通过微生物的酶作用来调节土壤酸碱度，以及促进土壤中微生物的丰富性，使得细菌、真菌、放线菌和蓝细菌等微生物生态系统的平衡，减轻土壤的酸化和盐化的现象，保持土壤的生命力，延长土壤的使用寿命。
4.减轻化肥使用随着生物固氮技术的应用，农产品的净产量和品质显著提高，化肥使用的量也随之减少。
由于生物固氮技术可以转换大气中的氮气，从而提高土壤的肥力。
因此，在实际应用过程中，可以逐渐减少化肥的用量，减少对环境的影响，节约生产成本。
三、生物固氮技术应用的前景生物固氮技术是农业生产的重要组成部分，其应用前景十分广阔。
在当前的农业科技发展环境下，生物固氮技术正在得到更广泛的应用。
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生物固氮及其发展前景摘要：本论文主要介绍生物固氮概念、固氮微生物及其种类和生物固氮发展前景。
关键词：生物固氮固氮微生物固氮生化机制生物固氮展望引言：生物固氮是一个具有重大理论意义和实用价值的生化过程。
生物固氮反应是一种及其温和及零污染排放的生化反应，它比人类发明的化学固氮有这无比的优越性，因后者需要消耗大量的石油原料和特殊的催化剂，并须要在高温（~300℃）、高压（~300个大气压）下进行。
此外，若不合理地使用氮肥，还会降低农产品的质量，破坏土壤结构和降低肥力，以及造成坏境污染（如湖泊的水华和海洋的赤潮）等恶果。
我国在近半个世纪当中，化肥产量猛增近6000倍，其有害影响已不断出现。
因此，我们应深刻认识到，只有深入研究、开发和利用固氮微生物，才能更好的发展生态农业和达到土地可持续利用的战略目标。
如果把光合作用旱作是地球上最重要的生化反应，则生物固氮作用便是地球上仅次于光合作用的生物化学反应，因为它为整个生物圈中一切生物的生存和繁荣发展提供了不可或缺和可持续供应的还原态氮化物的源泉。
内容：⒈生物固氮定义：指大气中的分子氮通过微生物固氮酶的催化而还原成氨的过程，生物界中只有原核生物才具有固氮能力。
⒉固氮微生物的种类⒉1 自生固氮菌⒉⒈1好氧：化能异养、化能自养、光能自养⒉⒈2兼性厌氧：化能异养、光能异样⒉⒈3厌氧：化能异养、光能自养⒉2 共生固氮菌⒉⒉1根瘤：豆科植物、非豆科被子植物⒉⒉2植物：地衣、满江红⒉3 联合固氮菌⒉⒊1根际（热带、温带）⒉⒊2叶面⒉⒊3动物肠道⒊固氮的生化机制⒊1生物固氮反应的6要素⒊⒈1ATP的供应由于N≡N分子中存在3个共价键，故要把这种极端的分子打开就得花费巨大能量。
固氮过程中把N2还原成2NH3时消耗的大量ATP(N2:ATP=1:(18~24)是由呼吸、厌氧呼吸、发酵或光合磷酸化作用提供的。
⒊⒈2还原力[H]及其传递载体固氮反应中所需大量的还原力（N2︰[H]=1︰8)必须以NAD（Ｐ）Ｈ＋Ｈ﹢的形成提供。
[Ｈ]由低电势的电子载体铁氧还蛋白(ｆｅｒｒｅｄｏｘｉｎ，一种硫铁蛋白)或黄素氧还蛋白（Ｆｌｄ，一种黄素蛋白）传递至固氮酶上。
⒊⒈３固氮酶固氮酶是一种复合蛋白，由固二氮酶还原酶两种相互分离的蛋白构成，它们对氧都高度敏感。
固二氮酶是一种含铁和钼的蛋白，铁和钼组成一个称为“ＦｅＭｏＣｏ”的辅助因子，它是还原Ｎ２的活性中心。
而固二氮酶还原酶则是只含铁的蛋白。
某些固氮菌处于不同生长条件下时，还可合成其他不含钼的固氮酶，称为“替补固氮酶”，具有适应极度缺钼环境下还能正常进行生物固氮的功能。
⒊⒈4还原底物－－N2.⒊⒈5镁离子⒊⒈6严格的厌氧微环境。
⒊2测定固氮酶活力的乙炔还原法测定固氮酶活力的经典方法曾有过粗放的微量氏定氮法和烦琐的同位素法等。
1996年，M.J.Dilworth和R.Scholhorn等人分别发表了既灵敏又简单的利用气相色谱仪测定固氮酶活性的乙炔还原法，大大推动了固氮生化的研究。
已知固氮生化除了能催化N2→NH3的反应，还可能催化许多反应，包括2H﹢+2e﹣→H2和C2H2→C2H4等反应，在后一反应中，这两种气体量的微小变化也能用气相色谱仪检测出来。
测定时，只要把带测测细菌制成悬浮液，放在含有10%C2H2空气（对好氧菌）或C2H2的氮气（对厌氧菌）的密闭容器中，经适当培养后，按不同时间用针筒抽取少量的气体至气相色谱仪测定，即可获得是否固氮及固氮强度等准确数据。
由于乙炔还原法的灵敏高度、设备较简单、成本低廉和操作方便，故很快成为任何研究固氮实验室中的常规方法。
⒊3固氮的生化途径目前所知道的生物固氮的总反应是：N2+8[H]+16~24ATP→2NH3+H2+16~24ADP+16~24Pi整个固氮过程主要经历以下几个环节：①由Fd或Fld向氧化型固二氮酶还原酶的铁原子提供一个电子，使其还原；②还原型的固二氮酶还原酶与ATP﹣Mg结合，改变了构象；③固二氮酶在“FeMoCo”的Mo位点上与分子氮结合，并与固二氮酶还原酶﹣Mg﹣ATP复合物反应，形成了一个1:1复合物，即完整的固氮酶；④在固氮酶分子上，有一个电子从固氮酶还原酶﹣Mg﹣ATP复合物转移到固氮酶的铁原子上，这时固氮酶还原酶重新转变为氧化态，同时ATP也就水解成ADP＋Pi；⑤通过上述过程连续6次（用打点子的箭头表示）的运转，才可使固二氮酶释放2个NH3分子；⑥还原一个N2分子，理论上仅需6个电子，而实际测定却需8个电子，其中2个消耗在产H2。
必须强调指出的是，上述一切生化反应都必须受活细胞中各种“氧障”的严密保护，以保证固氮酶免受失活。
⒊4固氮酶的产氢反应固氮酶除能催化N2→NH3外，还具有催化2H﹢＋2e﹣→H2反应的氢化酶的活性。
当固氮菌在缺N2环境下，也只是把75%的还原力[H]去还原N2，而把另外25%的[H]以产H2的方式浪费掉了。
然而，在大多数固氮菌中，还存在另一种经典的氧化酶，它能将被固氮菌浪费了的分子氢重新激活，以回收一部分还原力[H]和ATP。
⒋生物固氮的应用及其前景大气中的氮，必须通过以生物固氮为主的固氮作用，才能被植物吸收利用。
动物直接或间接地以植物为食物。
动物体内的一部分蛋白质在分解过程中产生的尿素等含氮废物，以及动植物遗体中的含氮物质，被土壤中的微生物分解后形成氨，氨经过土壤中的硝化细菌的作用，最终转化成硝酸盐，硝酸盐可以被植物吸收利用。
在氧气不足的情况下，土壤中的另一些细菌可以将硝酸盐转化成亚硝酸盐并最终转化成氮气，氮气则返回到大气中。
除了生物固氮以外，生产氮素化肥的工厂以及闪电等也可以固氮，但是，同生物固氮相比，它们所固定的氮素数量很少。
可见，生物固氮在自然界氮循环中具有十分重要的作用。
⒋1农业应用生物固氮在农业生产中具有十分重要的作用。
氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤每年因此要失去大量的氮素。
如果土壤每年得不到足够的氮素以弥补损失，土壤的含氮量就会下降。
土壤可以通过两条途径获得氮素：一条是含氮肥料（包括氮素化肥和各种农家肥料）的施用；另一条是生物固氮。
科学家在20世纪80年代推算过，全世界每年施用的氮素化肥中的氮素大约有8*10^7t，而自然界每年通过生物固氮所提供的氮素，则高达4*10^8t。
对豆科作物进行根瘤菌拌种，是提高豆科作物产量的一项有效措施。
播种前，将豆科作物的种子沾上与该种豆科作物相适应的根瘤菌，这显然有利于该种豆科作物结瘤固氮。
特别是新开垦的农田和未种植过豆科作物的土壤中，根瘤菌很少，并且常常不能使豆科作物结瘤固氮，更需要进行根瘤菌拌种。
对比实验表明，在其他条件相同的情况下，经过根瘤菌拌种的豆科作物，可以增产10%～20%。
⒋2研究简况1886年在第59届德国科学家和医生学术讨论会上，德国学者赫尔利格尔(Hermann Hellriegel）首次提出令人惊奇的试验结果，即当大豆生长在缺氮的土壤中时，大豆的根瘤也能使其良好生长，其机理在于其根瘤具有固氮功能。
在当时称之为根生杆菌，现在称之为大豆根瘤菌的细菌对豆科植物根部的根瘤形成具有特殊的刺激作用。
在根瘤菌内，根瘤菌将大气中的氮还原为能被植物吸收利用的氨，豆科宿主在吸收了这些氨之后又能将其转变为含氮有机化合物，以供其生长发育之需。
通过对根瘤菌进行接种培养后于1895年就获得了具有很强固氮能力的根瘤菌菌种。
通过添加灭菌草木灰等吸附剂之后，大批根瘤菌被施用到三叶草、豌豆和小扁豆等豆科作物的种植地中以提高其产量。
现在已经知道，在自然界具有固氮功能的生物种类很多，其中有自养固氮生物和异养固氮生物这两大类型。
在异养固氮生物中因宿主植物的差异而被划分为豆科植物共生固氮菌和非豆科植物共生固氮菌。
尽管固氮生物多种多样，但在其固氮过程中都需要共同的固氮基因（nif）的参与。
在共生固氮生物中固氮体系非常复杂，除了nif基因在固氮过程中起关键性作用之外，其它基因的协同作用也非常重要。
由于根瘤菌具有的特殊功能，大批热心的研究者对其特征特性，对寄主的侵染方式、固氮机制和商业价值等进行了系统的研究。
本世纪80年代以来，学者们一方面从分子水平进一步研究根瘤菌在豆科植物上的固氮机理和改造根瘤菌，试图培育出活性更强的根瘤菌；另一方面利用人工诱导方式诱发非豆科作物根部结瘤，试图利用根瘤菌的特殊功能使非豆科作物也能共生固氮，以便减少农田中氮肥的施用量，降低农作物的生产成本。
除此之外，在70年代末，由于在放线菌中发现了弗兰克氏菌（Frankia）与多种非豆科树木能共生结瘤并具有固氮效应，因而在生物固氮研究中又产生了一个新的分支，即以研究弗兰克氏菌的分类、功能、分布和应用前景为主要内容的新领域。
从现有的研究结果来看，与豆科植物的根瘤菌的固氮体系相比，利用弗兰克氏菌具有广谱侵染的特性，对建立新的固氮技术体系可能具有更大的意义，应用前景更广阔。
⒋3展望据测算，在大气中氮素含量为3.9×1015吨；在全球耕地内生物固氮量理论上可达到4400万吨，约相当于全世界每年生产的化肥总量；全球林地面积约为4.1亿公顷，其固氮总量可达到4000万吨。
由于在氮素化肥生产中伴随着能源耗费和日趋严重的环境污染问题，人们逐渐认识到农林业生产完全依赖化肥终非良策，于是，生物固氮研究日益受到各国政府的重视。
通过适当方式固定大气中的游离氮素，将其转变为能参与生物体新陈代谢的氨态氮是地球上维持生产力的一个重要的生态反应。
从战略上来考虑，正确的农业生产政策应该是既要增加粮食生产，又不要损害土地的持久生产力，而生物固氮正好能同时满足这两个目的。
应用现代科学技术建立和完善生物固氮体系已经成为解决人类目前所面临的人口、粮食、能源和环境等问题的重要技术措施。
近20年来生物固氮已经成为一个多学科的综合性研究项目，分别在分子、细胞、个体和生态等多层次水平上，从微观到宏观不断地展开着探索性研究。
从目前的研究现状来看，试图通过基因工程将nif 基因从豆科植物转移到非豆科农作物中难度比较大，在短期内很难实现，而采用细胞工程方法将根瘤菌导入非宿主农作物细胞内则切实可行。
除此之外，由于Frankia菌具有对宿主的侵染范围宽、固氮活性比较强和对氧气不敏感等特性，在生物固氮研究中对Frankia菌的研究将更为重要，有可能由此会找到新的突破口。
在Frankia菌与农作物之间建立起新的共生固氮体系将具有更大的可能性。
这项研究已呈现出新的苗头，值得进一步探索。
生物固氮研究已经引起越来越多的人的关注。
在这方面的研究今后主要包括基础理论和应用基础这两个方面。
在基础理论研究中主要围绕着诱发非豆科作物结瘤的最佳条件和提高共生固氮效能，其中包括诱导根瘤菌侵入主要农作物共生结瘤的有效方法；提高非豆科农作物共生结瘤固氮的效能；根瘤菌导入非豆科宿主细胞的途径、共生部位和共生机理；采用适当的技术措施诱导Frankia菌与主要农作物结瘤固氮；Frankia菌共生结瘤固氮的机理等等。