蓝细菌固氮和制氢机制的研究
摘要：海洋生物固氮是海洋中氮循环的重要过程, 现今的研究已表明, 蓝细菌对海洋的氮平衡和生物生产有着重要的贡献，同时蓝细菌产氢现象也备受关注。。从海洋生物固氮和制氢的研究现状和研究方法着手, 阐述了海洋生物固氮和制氢的意义, 并重点对蓝细菌生物固氮和制氢的生物化学和分子生物学机制等研究方面做了细致的综述（1）。 关键字：蓝细菌，生物制氢，生物固氮，固氮酶，氢化酶。
生命的维持和延续不仅需要能量, 而且还必需各种物质, 其中, 蛋白质和核酸是构成生物体的主要成分, 而氮是构成蛋白质和核酸的重要元素。生态系统的氮循环是气体型的生物地球化学循环, 固氮是其重要过程（2）。氮循环在生态系统 中是一个相当完全的自我调节系统, 形成动态平衡。溶解在海水中的氮如何被生物体利用的问题曾困扰海洋学家达数十年之久。科学家发现了一些海洋细菌可以固定大气中的氮。其中一种很重要的海洋固氮细菌就是蓝细菌，并且特别是有异形胞的蓝细菌。它的固氮量以及在整个生态系统中的地位是无法估量的，而且一旦把他们的固氮机制研究清楚，应用于人类工农业，进行常温常压固氮，将会产生革命性的变化。
在研究蓝细菌固氮机制的时候，科学家意外的惊奇地发现，蓝细菌在固氮的同时，竟然也可以产氢，这更具有不可估量的重要意义，随着全球工业化的发展, 大量不可再生的化石燃料被开采利用, 带来了严峻的能源危机和环境危机，氢气也是1 种理想的能源, 燃烧后生成水, 不造成任何污染。目前工业上产氢采用电解水或热解石油、天然气等方法, 仍然消耗大量的自然资源。因此, 大规模低成本的生物产氢越来越受到瞩目。因此蓝细菌开始成为了耀眼的明星。
1. 蓝细菌 蓝细菌(Cyanobacteria)旧名蓝藻或蓝绿藻，是一类进化历史悠久、革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素a 和藻蓝素（但不形成叶绿体）、能进行产氧性光合作用的大型原核光合细菌，多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣，因此又叫粘藻。大多数蓝细菌能固氮。蓝细菌是古老的生物，在50亿年前，地球本是无氧的环境，使地球由无氧环境转化为有氧环境是由于蓝细菌出现并产氧所致。蓝细菌分布极广，普遍生长在淡水、海水和土壤中，并且在极端环境（如温泉、盐湖、贫瘠的土壤、岩石表面或风化壳中以及植物树干等）中也能生长，故有“先锋生物的美称”。 大多数蓝细菌无鞭毛，但可以“滑行”。蓝细菌光合作用的部位 称为类囊体，数量很多，以平行或卷曲方式贴近地分布在细胞膜附近，其中含有叶绿素和藻胆素（一类辅助光合色素）。
蓝细菌的细胞内含有糖原、聚磷酸盐、以及蓝细菌肽等贮藏物以及能固定的羧酶体，少数水生性种类中还有气泡。
（3）
2．1固氮作用。
蓝藻的种类有1 000多种, 其中有固氮能力的不过20余种。1961年发现的束毛藻( Trichodesm ium ) 是目前固氮量最大的一种群体海洋细菌（2）。海洋固氮微生物存在的证据是多方面的, 包括用稳定同位素示踪技术来测定固氮率, 用自然丰度稳定同位素研究固氮与有机物质的分布, 用显微镜技术来观察微生物的聚集和定量, 最后, 用分子生物学方法来定位研究固氮基因及表达。迄今为止, 现有技术和方法提供的证据已经表明, 生物固氮比早先估计的更广泛、更重要。(4)
目前对自养的固氮蓝细菌如束毛藻已有很好的工作基础 。使用15N 示踪技术和乙炔还原法等方法证实了红海束毛藻( Trichodesm ium eryth raeum ) 和薛氏束毛藻
Trichodesm ium thiebautii的固氮能力, 推测在束毛藻的其他种类如T. tenue、T. contortum 和汉氏束毛藻( T.hildebrandtii)也存在固氮能力(5,6)。研究表明, 有另外一些自养的蓝细菌如Katagnym ene 也具有固氮酶活性, 这些种类不如束毛藻那样丰富 。一些球型的海洋蓝细菌能在培养的条件下固氮, 如S ynechococcus 在黑暗的条件下恒定培养可以固氮（13）
2. 2 固氮酶
蓝藻的固氮酶 也是1 种产氢酶，包括多个固氮的蛋白复合体, 是氮循环必要的酶。固氮酶复合体包括2 个蛋白:固氮酶(Dinit ro2genase) 和固氮酶还原酶(Dinit rogenase
reductase) 。固氮酶α2β2 是1 个异源四聚体, 分子量约为220 ～240kD 。α亚基和β亚基分别由nif D 和nif K 基因编 码。固氮酶还原酶是1 个单酶, 分子量约为67 ～70kD ,在调节电子从电子供体到固氮酶的传递方面起作用, 由nif H 基因编码[325 ] 。。固氮酶在将分子氮还原为NH3 的过程是1 个高度吸能反应, 需要ATP 作为代谢能量, 这一反应伴随着将质子H+ 还原为H2 :
N2 + 8H+ + 8e - + 16ATP →2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi 分子氧对固氮酶的活性有抑制作用, 而蓝藻在进化的过程中形成不同的机制解决了固氮和产氧的矛盾:没有异形胞的蓝
藻在时间上将固氮和产氧这2 个过程分开, 而有异形胞的蓝藻在空间上分开了这2 个过程, 如此便可在没有分子氧干扰的情况下固氮, 保持固氮酶的活性[8211
根据所含的金属离子不同, 固氮酶可分为3 种类型:第一种是含钼的固氮酶，第二种是含有钒的固氮酶，第三种为含铁的固氮酶。这些酶处在不同细菌中，固氮强度也不一样。
2. 3海洋中固氮蓝细菌固氮能力的检测方法
研究海洋生物固氮比较可靠的方法包括示踪技术、无氮介质的细胞培养技术、细胞富集记数技术。使用稳定的同位素示踪技术(如15N) 或类似的分析测定方法与乙炔还原法, 可以测定培养液和特定样品中的固氮率[ 7,8 ] 。使用分子生物学技术可在固氮酶基因的水平上检测固氮生物的存在, 如核酸杂交和基因扩增技术, 这些技术不仅可以检测固氮生物的存在, 而且还可以判明这些固氮生物的类型, 但不能检测其生物固氮活性。
3, 1产氢现象
蓝藻具有光系统Ⅰ和光系统Ⅱ, 水是最终的电子供体, 蓝藻产氢所需的质子和电子也来源于水的裂解, 与固氮和产氧在同一过程中。
在蓝藻中, 固氮酶和氢化酶都是催化氢代谢反应的关键酶。。氢化酶从功能上分为吸收氢化酶和双向氢化酶。其中吸收氢化酶吸收固氮过程中所释放的H2 ,而双向氢化酶可同
时吸收或释放氢气。蓝藻在固氮细胞中的净产氢量是固氮酶和氢化酶综合作用的结果, 但在非固氮情况下的产氢则主要是由双向氢化酶催化的。固氮酶催化产氢反应需要ATP 的参与, 这就大大降低了太阳能转化为氢气的效率, 而氢化酶产氢不需ATP 。（9）
由上面的固氮酶部分可以看到，固氮酶固氮的同时也产生了氢气。。3 种固氮酶都催化产氢的固氮反应, 在不同物种的细胞内产氢效率并不稳定。总的说来，产氢效率高低顺序为含钒，铁，钼的固氮酶。
根据所含金属离子的差异, 氢化酶(Hydrogenase)可分为3 种类型:含Ni 2Fe 氢化酶、含Fe 氢化酶和不含金属的氢化酶[18 ] 。绝大多数已知的氢化酶属于前2种, 无金属的氢化酶仅在产甲烷菌中发现。蓝藻拥有2 种功能不同的[ NiFe ]氢化酶:吸收氢化酶和双向氢化酶。(10)
3．2 吸收氢化酶
吸收氢化酶(Uptake hydrogenase) 存在于固氮蓝藻中, 其作用是催化吸收固氮酶生成的氢，在蓝藻的固氮异形胞中特异性表达, 但是在光合营养细胞中很少或几乎没有活性。生化和分子生物学的证据表明, 产异形胞的丝状蓝藻中吸收氢化酶至少存在2 个不同的亚基, 分子量约为60kD 和35kD[11 ]。小亚基HupS 有8 个半胱氨酸与FeS 簇的形成有关，大亚基HupL 序列含有Ni 2结合位点, 是吸收氢化酶大亚基N 2端和C 2端特
有的序列特征[27228 ]。此酶位于细胞膜或类囊体膜的内 侧[18。[Ni2Fe ]氢化酶与Ni 代谢有密切的关系, 在某些蓝藻品系中吸收氢化酶吸收氢的活性与培养基中的Ni 含量有关,Ni 不仅直接作用于酶, 而且也参与对其编码基因的转录调控[1。此外, 培养基的营养条件对产氢也有明显的作用。要提高产氢效率, 减少吸收氢化酶对氢气的消耗是很重要的(10)
3. 3 双向氢化酶
双向氢化酶(Bi2directional hydrogenase) 为可溶性或松弛地与膜结合, 普遍存在于蓝藻的异形胞和营养细胞中, 。双向氢化酶一般对氧气敏感, 热稳定性差, 对于氢气的Km 值低（, 12）表明这种酶催化主要向氢气吸收的方向。双向氢化酶是1 种 NAD+ 还原酶, 。在蓝藻培养基中化合态的氮对该酶几乎没有影响, 说明这个酶独立于固氮功能之外。该酶的活性依赖于分别作为电子供体和受体的NAD( P) H/ NAD ( P) + 。在有异形胞的蓝藻中双向氢化酶的胞内活性在厌氧和微氧的条件下大幅度升高, 但在非固氮单细胞蓝藻中氧分压对酶活性似乎没有影响[39240 ] 。双向氢化酶的生理功能还不是十分明确,1 种可能的推断是它在厌氧的环境下作为释放原力的调节器。此外, 由于蓝藻中质子梯度是向外的, 双向氢化酶对氢气有高度的亲和能力, 在外周质一侧有氧化氢气的作用。双向氢化酶还负责分配电子到呼吸链[41242 ] 。
4．总结研究现状，展望蓝细菌的前途
蓝细菌的固氮和产氢机能给我们展示了一个美好的明天，但在到达美好的明天之前，我们还面临着太多的问题要解决，这也促使了更多的人去研究它，解决它。现在的人工固氮是利用高温高压条件下进行的，如果能利用生物固氮酶，制造生物固氮反应器，常温常压固氮，那将是多么诱人的事，或者直接对农作物喷撒固氮酶，或者将固氮酶基因转普通农作物中。但现在由于固氮酶对氧的敏感性及其结够的复杂性，及以及转基因技术的不完善等困难限制了其发展应用。蓝细菌制氢同样异常诱人，只需提供水做原料，然后培养蓝细菌常温常压产氢，解决能源问题和环境危机(12)，。但现在面临的主要问题是，如何提高产氢效率，同时氢气不便于储存和运输也严重限制了作为清洁能源的广泛应用。我个人认为后一个问题可以这样解决，即直接在造氢气的工厂附近建一个利用氢气燃烧发电的发电厂，转化为电能使用。总之前途是光明。
参考文献：
（1），《蓝细菌制氢研究进展》喻国策* 王建龙，(清华大学核能与新能源技术研究院环境技术研究室 北京 100084)
（2） Dugdale R C, Goering J J. Up take of new and regenerated forms
ofnitrogen in p rimary p roductivity [ J ]. L im nology and Oceanogra2 phy , 1967, 12: 1962206
(3) 《微生物学》，主编沈萍，陈向东，第二版
(4) Zehr J P, Carpenter E J, Villareal TA. New perspectives on ni2 trogen 2fixing microorganisms in trop ical and subtrop ical oceans
[ J ]. Trends in M icrobiology, 2000, 8 (2) : 68273
(5)《海洋蓝藻束毛藻的研究进展》张燕英，董俊德，王汉奎，王友绍，张偲，黄良民(中国科学院南海海洋研究所，广东 广州 510301；中国科学院海南热带海洋生物实验站，海南 三亚 572000
（6） Capone D G. Marine nitrogen fixation: what’s the fuss? [ J ]. E 2 cology and IndustrialM icrobiology, 2001, 29 (2) : 3412348
[ 7 ] Reddy K J. Unicellular, aerobic nitrogen2fixing cyanobacteria of the genus Cyanothece [ J ]. Journal of B acteriology, 1993, 175: 1 28421 292.
[ 8 ] SullivanM B, Waterbury J B, Chisholm SW. Cyanophages infec2 ting the oceanic cyanobacterium Prochlorococcus ( vol 424, pg 1047, 2003) [ J ]. N ature, 2003, 426 (6 966) : 584.
（9）《蓝藻氢代谢相关酶及其分子生物学研究进展》张学成, 张晓辉, 徐 涤(中国海洋大学海洋生物工程系, 山东青岛266003)
（10） 戴和平, 张孔宪. 一种海生单细胞蓝藻的氢酶特点和功能探讨，[J ] . 海洋科学, 1989 , 1 : 11215.
(11) Oxelfelt F , Tamagnini P , Salema R , et al. Hydrogen uptake in
Nostoc strain PCC 73102 : effects of nickel , hydrogen , carbon and nitrogen [J ] . Plant Physiol Biochem , 1995 , 33 : 6172623
(12)王亚楠，傅秀梅，刘海燕. 生物制氢最新研究进展与发展趋势[J].应用与环境生物学报，2007，(06)：56-59.
(13) 海洋蓝细菌生物固氮的研究进展侯建军1, 2 ,黄邦钦1 近海海洋环境科学国家重点实验室, 厦门大学环境科学研究中心, 福建 厦门 361005;2. 湖北民族学院医学生物化学教研室, 湖北 恩施 445000)
蓝细菌固氮和制氢机制的研究
摘要：海洋生物固氮是海洋中氮循环的重要过程, 现今的研究已表明, 蓝细菌对海洋的氮平衡和生物生产有着重要的贡献，同时蓝细菌产氢现象也备受关注。。从海洋生物固氮和制氢的研究现状和研究方法着手, 阐述了海洋生物固氮和制氢的意义, 并重点对蓝细菌生物固氮和制氢的生物化学和分子生物学机制等研究方面做了细致的综述（1）。 关键字：蓝细菌，生物制氢，生物固氮，固氮酶，氢化酶。
生命的维持和延续不仅需要能量, 而且还必需各种物质, 其中, 蛋白质和核酸是构成生物体的主要成分, 而氮是构成蛋白质和核酸的重要元素。生态系统的氮循环是气体型的生物地球化学循环, 固氮是其重要过程（2）。氮循环在生态系统 中是一个相当完全的自我调节系统, 形成动态平衡。溶解在海水中的氮如何被生物体利用的问题曾困扰海洋学家达数十年之久。科学家发现了一些海洋细菌可以固定大气中的氮。其中一种很重要的海洋固氮细菌就是蓝细菌，并且特别是有异形胞的蓝细菌。它的固氮量以及在整个生态系统中的地位是无法估量的，而且一旦把他们的固氮机制研究清楚，应用于人类工农业，进行常温常压固氮，将会产生革命性的变化。
在研究蓝细菌固氮机制的时候，科学家意外的惊奇地发现，蓝细菌在固氮的同时，竟然也可以产氢，这更具有不可估量的重要意义，随着全球工业化的发展, 大量不可再生的化石燃料被开采利用, 带来了严峻的能源危机和环境危机，氢气也是1 种理想的能源, 燃烧后生成水, 不造成任何污染。目前工业上产氢采用电解水或热解石油、天然气等方法, 仍然消耗大量的自然资源。因此, 大规模低成本的生物产氢越来越受到瞩目。因此蓝细菌开始成为了耀眼的明星。
1. 蓝细菌 蓝细菌(Cyanobacteria)旧名蓝藻或蓝绿藻，是一类进化历史悠久、革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿素a 和藻蓝素（但不形成叶绿体）、能进行产氧性光合作用的大型原核光合细菌，多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣，因此又叫粘藻。大多数蓝细菌能固氮。蓝细菌是古老的生物，在50亿年前，地球本是无氧的环境，使地球由无氧环境转化为有氧环境是由于蓝细菌出现并产氧所致。蓝细菌分布极广，普遍生长在淡水、海水和土壤中，并且在极端环境（如温泉、盐湖、贫瘠的土壤、岩石表面或风化壳中以及植物树干等）中也能生长，故有“先锋生物的美称”。 大多数蓝细菌无鞭毛，但可以“滑行”。蓝细菌光合作用的部位 称为类囊体，数量很多，以平行或卷曲方式贴近地分布在细胞膜附近，其中含有叶绿素和藻胆素（一类辅助光合色素）。
蓝细菌的细胞内含有糖原、聚磷酸盐、以及蓝细菌肽等贮藏物以及能固定的羧酶体，少数水生性种类中还有气泡。
（3）
2．1固氮作用。
蓝藻的种类有1 000多种, 其中有固氮能力的不过20余种。1961年发现的束毛藻( Trichodesm ium ) 是目前固氮量最大的一种群体海洋细菌（2）。海洋固氮微生物存在的证据是多方面的, 包括用稳定同位素示踪技术来测定固氮率, 用自然丰度稳定同位素研究固氮与有机物质的分布, 用显微镜技术来观察微生物的聚集和定量, 最后, 用分子生物学方法来定位研究固氮基因及表达。迄今为止, 现有技术和方法提供的证据已经表明, 生物固氮比早先估计的更广泛、更重要。(4)
目前对自养的固氮蓝细菌如束毛藻已有很好的工作基础 。使用15N 示踪技术和乙炔还原法等方法证实了红海束毛藻( Trichodesm ium eryth raeum ) 和薛氏束毛藻
Trichodesm ium thiebautii的固氮能力, 推测在束毛藻的其他种类如T. tenue、T. contortum 和汉氏束毛藻( T.hildebrandtii)也存在固氮能力(5,6)。研究表明, 有另外一些自养的蓝细菌如Katagnym ene 也具有固氮酶活性, 这些种类不如束毛藻那样丰富 。一些球型的海洋蓝细菌能在培养的条件下固氮, 如S ynechococcus 在黑暗的条件下恒定培养可以固氮（13）
2. 2 固氮酶
蓝藻的固氮酶 也是1 种产氢酶，包括多个固氮的蛋白复合体, 是氮循环必要的酶。固氮酶复合体包括2 个蛋白:固氮酶(Dinit ro2genase) 和固氮酶还原酶(Dinit rogenase
reductase) 。固氮酶α2β2 是1 个异源四聚体, 分子量约为220 ～240kD 。α亚基和β亚基分别由nif D 和nif K 基因编 码。固氮酶还原酶是1 个单酶, 分子量约为67 ～70kD ,在调节电子从电子供体到固氮酶的传递方面起作用, 由nif H 基因编码[325 ] 。。固氮酶在将分子氮还原为NH3 的过程是1 个高度吸能反应, 需要ATP 作为代谢能量, 这一反应伴随着将质子H+ 还原为H2 :
N2 + 8H+ + 8e - + 16ATP →2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi 分子氧对固氮酶的活性有抑制作用, 而蓝藻在进化的过程中形成不同的机制解决了固氮和产氧的矛盾:没有异形胞的蓝
藻在时间上将固氮和产氧这2 个过程分开, 而有异形胞的蓝藻在空间上分开了这2 个过程, 如此便可在没有分子氧干扰的情况下固氮, 保持固氮酶的活性[8211
根据所含的金属离子不同, 固氮酶可分为3 种类型:第一种是含钼的固氮酶，第二种是含有钒的固氮酶，第三种为含铁的固氮酶。这些酶处在不同细菌中，固氮强度也不一样。
2. 3海洋中固氮蓝细菌固氮能力的检测方法
研究海洋生物固氮比较可靠的方法包括示踪技术、无氮介质的细胞培养技术、细胞富集记数技术。使用稳定的同位素示踪技术(如15N) 或类似的分析测定方法与乙炔还原法, 可以测定培养液和特定样品中的固氮率[ 7,8 ] 。使用分子生物学技术可在固氮酶基因的水平上检测固氮生物的存在, 如核酸杂交和基因扩增技术, 这些技术不仅可以检测固氮生物的存在, 而且还可以判明这些固氮生物的类型, 但不能检测其生物固氮活性。
3, 1产氢现象
蓝藻具有光系统Ⅰ和光系统Ⅱ, 水是最终的电子供体, 蓝藻产氢所需的质子和电子也来源于水的裂解, 与固氮和产氧在同一过程中。
在蓝藻中, 固氮酶和氢化酶都是催化氢代谢反应的关键酶。。氢化酶从功能上分为吸收氢化酶和双向氢化酶。其中吸收氢化酶吸收固氮过程中所释放的H2 ,而双向氢化酶可同
时吸收或释放氢气。蓝藻在固氮细胞中的净产氢量是固氮酶和氢化酶综合作用的结果, 但在非固氮情况下的产氢则主要是由双向氢化酶催化的。固氮酶催化产氢反应需要ATP 的参与, 这就大大降低了太阳能转化为氢气的效率, 而氢化酶产氢不需ATP 。（9）
由上面的固氮酶部分可以看到，固氮酶固氮的同时也产生了氢气。。3 种固氮酶都催化产氢的固氮反应, 在不同物种的细胞内产氢效率并不稳定。总的说来，产氢效率高低顺序为含钒，铁，钼的固氮酶。
根据所含金属离子的差异, 氢化酶(Hydrogenase)可分为3 种类型:含Ni 2Fe 氢化酶、含Fe 氢化酶和不含金属的氢化酶[18 ] 。绝大多数已知的氢化酶属于前2种, 无金属的氢化酶仅在产甲烷菌中发现。蓝藻拥有2 种功能不同的[ NiFe ]氢化酶:吸收氢化酶和双向氢化酶。(10)
3．2 吸收氢化酶
吸收氢化酶(Uptake hydrogenase) 存在于固氮蓝藻中, 其作用是催化吸收固氮酶生成的氢，在蓝藻的固氮异形胞中特异性表达, 但是在光合营养细胞中很少或几乎没有活性。生化和分子生物学的证据表明, 产异形胞的丝状蓝藻中吸收氢化酶至少存在2 个不同的亚基, 分子量约为60kD 和35kD[11 ]。小亚基HupS 有8 个半胱氨酸与FeS 簇的形成有关，大亚基HupL 序列含有Ni 2结合位点, 是吸收氢化酶大亚基N 2端和C 2端特
有的序列特征[27228 ]。此酶位于细胞膜或类囊体膜的内 侧[18。[Ni2Fe ]氢化酶与Ni 代谢有密切的关系, 在某些蓝藻品系中吸收氢化酶吸收氢的活性与培养基中的Ni 含量有关,Ni 不仅直接作用于酶, 而且也参与对其编码基因的转录调控[1。此外, 培养基的营养条件对产氢也有明显的作用。要提高产氢效率, 减少吸收氢化酶对氢气的消耗是很重要的(10)
3. 3 双向氢化酶
双向氢化酶(Bi2directional hydrogenase) 为可溶性或松弛地与膜结合, 普遍存在于蓝藻的异形胞和营养细胞中, 。双向氢化酶一般对氧气敏感, 热稳定性差, 对于氢气的Km 值低（, 12）表明这种酶催化主要向氢气吸收的方向。双向氢化酶是1 种 NAD+ 还原酶, 。在蓝藻培养基中化合态的氮对该酶几乎没有影响, 说明这个酶独立于固氮功能之外。该酶的活性依赖于分别作为电子供体和受体的NAD( P) H/ NAD ( P) + 。在有异形胞的蓝藻中双向氢化酶的胞内活性在厌氧和微氧的条件下大幅度升高, 但在非固氮单细胞蓝藻中氧分压对酶活性似乎没有影响[39240 ] 。双向氢化酶的生理功能还不是十分明确,1 种可能的推断是它在厌氧的环境下作为释放原力的调节器。此外, 由于蓝藻中质子梯度是向外的, 双向氢化酶对氢气有高度的亲和能力, 在外周质一侧有氧化氢气的作用。双向氢化酶还负责分配电子到呼吸链[41242 ] 。
4．总结研究现状，展望蓝细菌的前途
蓝细菌的固氮和产氢机能给我们展示了一个美好的明天，但在到达美好的明天之前，我们还面临着太多的问题要解决，这也促使了更多的人去研究它，解决它。现在的人工固氮是利用高温高压条件下进行的，如果能利用生物固氮酶，制造生物固氮反应器，常温常压固氮，那将是多么诱人的事，或者直接对农作物喷撒固氮酶，或者将固氮酶基因转普通农作物中。但现在由于固氮酶对氧的敏感性及其结够的复杂性，及以及转基因技术的不完善等困难限制了其发展应用。蓝细菌制氢同样异常诱人，只需提供水做原料，然后培养蓝细菌常温常压产氢，解决能源问题和环境危机(12)，。但现在面临的主要问题是，如何提高产氢效率，同时氢气不便于储存和运输也严重限制了作为清洁能源的广泛应用。我个人认为后一个问题可以这样解决，即直接在造氢气的工厂附近建一个利用氢气燃烧发电的发电厂，转化为电能使用。总之前途是光明。
参考文献：
（1），《蓝细菌制氢研究进展》喻国策* 王建龙，(清华大学核能与新能源技术研究院环境技术研究室 北京 100084)
（2） Dugdale R C, Goering J J. Up take of new and regenerated forms
ofnitrogen in p rimary p roductivity [ J ]. L im nology and Oceanogra2 phy , 1967, 12: 1962206
(3) 《微生物学》，主编沈萍，陈向东，第二版
(4) Zehr J P, Carpenter E J, Villareal TA. New perspectives on ni2 trogen 2fixing microorganisms in trop ical and subtrop ical oceans
[ J ]. Trends in M icrobiology, 2000, 8 (2) : 68273
(5)《海洋蓝藻束毛藻的研究进展》张燕英，董俊德，王汉奎，王友绍，张偲，黄良民(中国科学院南海海洋研究所，广东 广州 510301；中国科学院海南热带海洋生物实验站，海南 三亚 572000
（6） Capone D G. Marine nitrogen fixation: what’s the fuss? [ J ]. E 2 cology and IndustrialM icrobiology, 2001, 29 (2) : 3412348
[ 7 ] Reddy K J. Unicellular, aerobic nitrogen2fixing cyanobacteria of the genus Cyanothece [ J ]. Journal of B acteriology, 1993, 175: 1 28421 292.
[ 8 ] SullivanM B, Waterbury J B, Chisholm SW. Cyanophages infec2 ting the oceanic cyanobacterium Prochlorococcus ( vol 424, pg 1047, 2003) [ J ]. N ature, 2003, 426 (6 966) : 584.
（9）《蓝藻氢代谢相关酶及其分子生物学研究进展》张学成, 张晓辉, 徐 涤(中国海洋大学海洋生物工程系, 山东青岛266003)
（10） 戴和平, 张孔宪. 一种海生单细胞蓝藻的氢酶特点和功能探讨，[J ] . 海洋科学, 1989 , 1 : 11215.
(11) Oxelfelt F , Tamagnini P , Salema R , et al. Hydrogen uptake in
Nostoc strain PCC 73102 : effects of nickel , hydrogen , carbon and nitrogen [J ] . Plant Physiol Biochem , 1995 , 33 : 6172623
(12)王亚楠，傅秀梅，刘海燕. 生物制氢最新研究进展与发展趋势[J].应用与环境生物学报，2007，(06)：56-59.
(13) 海洋蓝细菌生物固氮的研究进展侯建军1, 2 ,黄邦钦1 近海海洋环境科学国家重点实验室, 厦门大学环境科学研究中心, 福建 厦门 361005;2. 湖北民族学院医学生物化学教研室, 湖北 恩施 445000)