反硝化

英：Denitrification，也稱脫氮作用。是指細菌將硝酸鹽（NO3−）中的氮（N）通過一系列中間產物（NO2−、NO、N2O）還原為氮氣（N2）的生物化學過程。參與這一過程的細菌統稱為反硝化菌。反硝化菌在無氧條件下，以將硝酸鹽（NO3−）為電子受體完成呼吸作用（respiration）以獲得能量。這一過程是硝酸鹽呼吸（nitrate respiration）的兩種途徑之一，另一種途徑是是硝酸異化還原成銨鹽（DNRA）。

反應機理

總的反硝化過程可以用以下方程式表示：

2 NO + 10 e + 12 H → N + 6 HO, ΔG = −333 kJ/mol

其中包括以下四個還原反應還原反應：

硝酸鹽（NO）還原為亞硝酸鹽（NO）：2 NO + 4 H + 4 e → 2 NO + 2 HO

亞硝酸鹽（NO）還原為一氧化氮（NO）：2 NO + 4 H + 2 e → 2 NO + 2 HO

一氧化氮（NO）還原為一氧化二氮（NO）：2 NO + 2 H + 2 e → NO + HO

一氧化二氮（NO）還原為氮氣（N）：NO + 2 H + 2 e → N + HO

以上四個反應均為放熱反應，所以在無氧或缺氧條件下，細菌可以將硝酸鹽（NO）作為電子傳遞鏈(ETC)的最終電子受體（TEA, terminal electron acceptor），來完成物質能量交換。

基本內容

也稱脫氮作用。反硝化細菌在缺氧條件下，還原硝酸鹽，釋放出分子態氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的過程。微生物和植物吸收利用硝酸鹽有兩種完全不同的用途，一是利用其中的氮作為氮源，稱為同化性硝酸還原作用：NO3-→NH4+→有機態氮。許多細菌、放線菌和黴菌能利用硝酸鹽做為氮素營養。另一用途是利用NO2-和NO3-為呼吸作用的最終電子受體，把硝酸還原成氮（N2），稱為反硝化作用或脫氮作用：NO3-→NO2-→N2↑。能進行反硝化作用的只有少數細菌，這個生理群稱為反硝化菌。大部分反硝化細菌是異養菌，例如脫氮小球菌、反硝化假單胞菌等，它們以有機物為氮源和能源，進行無氧呼吸，其生化過程可用下式表示：C6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量少數反硝化細菌為自養菌，如脫氮硫桿菌，它們氧化硫或硝酸鹽獲得能量，同化二氧化碳，以硝酸鹽為呼吸作用的最終電子受體。可進行以下反應：5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4反硝化作用使硝酸鹽還原成氮氣，從而降低了土壤中氮素營養的含量，對農業生產不利。農業上常進行中耕鬆土，以防止反硝化作用。反硝化作用是氮素循環中不可缺少的環節，可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-減少，消除因硝酸積累對生物的毒害作用。