การตรึงไนโตรเจนเป็นกระบวนการทางเคมีที่ใช้โมเลกุลไนโตรเจน ( N) ซึ่งมีอยู่มากมายแต่ค่อนข้าง เฉื่อยชา₂จะถูกเปลี่ยนเป็นสารประกอบไนโตรเจนที่ร่างกายสามารถดูดซึมได้ เช่นแอมโมเนีย ( NH₃)₃) และไนเตรต ( NO3 ) ^{[ 1 ]}เกิดขึ้นได้ทั้งทางชีวภาพและทางอชีวภาพ^โดยอย่างหลังเกิดขึ้นตามธรรมชาติผ่านปรากฏการณ์สภาพอากาศ (เช่นฟ้าผ่า ) หรือเกิดขึ้นโดยอุตสาหกรรมเคมีการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพหรือไดอะโซโทรฟีถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ที่เรียกว่าไนโตรเจเนส [ ^{2 ]}ซึ่งผลิตโดยจุลินทรีย์เช่นไซยาโนแบคทีเรียและไรโซเบียมเอนไซม์เชิงซ้อนเหล่านี้ถูกเข้ารหัสโดยยีนNif (หรือโฮโมล็อกNif ) และมีเหล็ก เป็นองค์ประกอบ มักจะมีโลหะชนิดที่สอง (โดยปกติคือโมลิบเด นัม แต่บางครั้งก็เป็นวาเนเดียม ) ^{[ 3 ]}

แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนบางชนิดมี ความสัมพันธ์ แบบพึ่งพาอาศัยกันกับพืชโดยเฉพาะพืชตระกูลถั่วมอสและเฟิร์นน้ำเช่นอะโซลลา [ ^{4 ] ความ}สัมพันธ์ที่ไม่พึ่งพาอาศัยกันระหว่างแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนกับพืช มักเรียกว่าความสัมพันธ์แบบเชื่อมโยง ดังที่เห็นได้จากการตรึงไนโตรเจนบน ราก ข้าวการตรึงไนโตรเจนเกิดขึ้นระหว่างปลวก บางชนิด กับเชื้อรา^{[ 5} ] ^{นอกจาก}นี้ยังเกิดขึ้นตามธรรมชาติในอากาศโดยการ ผลิต NO _xจากฟ้าผ่า^{[ 6 ] [ 7 ]}

การตรึงไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญของวัฏจักรไนโตรเจนและจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกเนื่องจากสารประกอบอินทรีย์ ที่สำคัญทั้งหมด เช่นดีเอ็นเอและโปรตีนล้วนมีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ การตรึงไนโตรเจนในระดับอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านกระบวนการฮาเบอร์เป็นพื้นฐานสำคัญในการผลิตผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม ที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทั้งหมด ซึ่งรวมถึงปุ๋ยยาสิ่งทอสีย้อมและวัตถุ ระเบิด

การตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพถูกค้นพบโดยJean-Baptiste Boussingaultในปี พ.ศ. 2381 ^{[ 8 ] [ 9 ]}ต่อมาในปี พ.ศ. 2423 กระบวนการที่เกิดขึ้นถูกค้นพบโดยนักปฐพีวิทยา ชาวเยอรมัน Hermann HellriegelและHermann Wilfarth ^{[ 10 ]}และได้รับการอธิบายอย่างละเอียดโดยนักจุลชีววิทยาชาวดัตช์Martinus Beijerinck ^{[ 11 ]}

"การตรวจสอบความสัมพันธ์ของพืชในการรับไนโตรเจนที่ยืดเยื้อซึ่งเริ่มต้นโดยเดอ ซอสซูร์วิลล์ ลอว์ส กิลเบิร์ตและคนอื่นๆ และสิ้นสุดลงด้วยการค้นพบการตรึงไนโตรเจนแบบพึ่งพาอาศัยกันโดยเฮลรีเกลและวิลฟาร์ทในปี พ.ศ. 2430" ^{[ 12 ]}

"การทดลองของ Bossingault ในปี พ.ศ. 2398 และ Pugh, Gilbert & Lawes ในปี พ.ศ. 2330 แสดงให้เห็นว่าไนโตรเจนไม่ได้เข้าสู่พืชโดยตรง การค้นพบบทบาทของแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนโดย Herman Hellriegel และ Herman Wilfarth ในปี พ.ศ. 2429–2431 จะเปิดยุคใหม่ของวิทยาศาสตร์ดิน " ^{[ 13 ]}

ในปี พ.ศ. 2444 Beijerinck แสดงให้เห็นว่าAzotobacter chroococcumสามารถตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศได้ นี่เป็นสายพันธุ์แรกที่รู้จักของ สกุล Azotobacter ซึ่งเขาเป็นผู้ตั้งชื่อให้ นอกจากนี้ยังเป็น ไดอะโซโทรฟชนิดแรกที่รู้จักซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่ใช้ ไนโตรเจน ไดอะตอมิกเป็นขั้นตอนหนึ่งในวัฏจักรไนโตรเจนที่ สมบูรณ์ ^{[ 14 ]}

การตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพ (BNF) เกิดขึ้นเมื่อไนโตรเจนในบรรยากาศถูกเปลี่ยนเป็นแอมโมเนียโดยเอนไซม์ไนโตรเจเนส^{[ 1 ]}ปฏิกิริยาโดยรวมของ BNF คือ:

N ₂ + 16ATP + 16H ₂ O + 8e ⁻ + 8H ⁺ → 2NH ₃ +H ₂ + 16ADP + 16P _i

กระบวนการนี้เชื่อมโยงกับการไฮโดรไลซิสของATP จำนวน 16 โมเลกุล และเกิดขึ้นพร้อมกับการสร้างH จำนวน 1 โมเลกุล₂การแปลงN₂การ เปลี่ยน N เป็นแอมโมเนียเกิดขึ้นที่คลัสเตอร์โลหะที่เรียกว่าFeMocoซึ่งเป็นตัวย่อของโคแฟคเตอร์เหล็ก- โมลิบเดนัมกลไกดำเนินไปผ่านขั้นตอนการเติมโปรตอน และการรีดักชันหลายขั้นตอน โดยที่ บริเวณออกฤทธิ์ ของ FeMoco จะเติมไฮโดรเจนให้กับN₂สารตั้งต้น^{[ 1 ]} ใน ไดอะโซโทรฟที่ดำรงชีวิตอิสระ แอมโมเนียที่สร้างโดยไนโตรเจเนสจะถูกดูดซึมเข้าสู่กลูตาเมตผ่าน ทางเส้นทาง กลูตามีนซินเทส /กลูตาเมตซินเทส ยีน nifของจุลินทรีย์ที่จำเป็นสำหรับการตรึงไนโตรเจนมีการกระจายอย่างกว้างขวางในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย^{[ 15 ]}

ไนโตรเจเนสจะถูกย่อยสลายอย่างรวดเร็วโดยออกซิเจน ด้วยเหตุนี้ แบคทีเรียหลายชนิดจึงหยุดการผลิตเอนไซม์เมื่อมีออกซิเจนอยู่ สิ่งมีชีวิตที่ตรึงไนโตรเจนจำนวนมากดำรงอยู่ได้เฉพาะใน สภาวะ ไร้ออกซิเจนโดยหายใจเพื่อดึงออกซิเจนลงมา หรือจับออกซิเจนด้วยโปรตีนเช่นเลกฮีโมโกลบิน^{[ 16 ] [ 17 ]}

ไนโตรเจนในบรรยากาศไม่สามารถถูกเมตาบอไลซ์โดยสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ได้^{[ 18 ]}เนื่องจากพันธะโควาเลนต์สามของมันแข็งแรงมาก สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จึงดูดซับไนโตรเจนที่ตรึงไว้จากแหล่งต่างๆ สำหรับทุกๆ 100 อะตอมของคาร์บอน จะมีการดูดซึมไนโตรเจนประมาณ 2 ถึง 20 อะตอม อัตราส่วนอะตอมของคาร์บอน (C) : ไนโตรเจน (N) : ฟอสฟอรัส (P) ที่สังเกตได้โดยเฉลี่ยในชีวมวลแพลงก์ตอนได้รับการอธิบายครั้งแรกโดย Alfred Redfield ^{[ 19 ]}ซึ่งกำหนดความสัมพันธ์เชิงสัดส่วนระหว่างอะตอม C:N:P หรืออัตราส่วน Redfield ไว้ที่ 106:16:1 ^{[ 19 ]}

โปรตีนคอมเพล็กซ์ไนโตรเจเนสมีหน้าที่เร่งปฏิกิริยารีดักชันของก๊าซไนโตรเจน (N₂ ₎ให้เป็นแอมโมเนีย (NH₃ ₎ [ ^{20 ] [ 21 ] ใน}ไซยาโนแบคทีเรีย ระบบ เอนไซม์นี้อยู่ในเซลล์พิเศษที่เรียกว่าเฮเทอโรซิสต์^{[ 22 ]}การผลิตไนโตรเจเนสคอมเพล็กซ์ถูกควบคุมโดยพันธุกรรม และกิจกรรมของโปรตีนคอมเพล็กซ์ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของออกซิเจนในสิ่งแวดล้อม และความเข้มข้นของแอมโมเนียและสารประกอบไนโตรเจนออกซิไดซ์ (ไนเตรตและไนไตรต์) ทั้งภายในและภายนอกเซลล์^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}นอกจากนี้ ความเข้มข้นรวมของทั้งแอมโมเนียมและไนเตรตยังเชื่อว่ายับยั้งการตรึงไนโตรเจน_{โดย เฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเข้มข้นของ 2-} ออกโซกลูตาเรต (2-OG) ภายในเซลล์เกินเกณฑ์วิกฤต^{[ 26 ]}เซลล์เฮเทอโรซิสต์พิเศษมีความจำเป็นต่อการทำงานของไนโตรเจเนสเนื่องจากความไวต่อออกซิเจนในสิ่งแวดล้อม^{[ 27 ]}

ไนโตรเจเนสประกอบด้วยโปรตีนสองชนิด ได้แก่ โปรตีนเร่งปฏิกิริยาที่ขึ้นอยู่กับเหล็ก ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าโปรตีน MoFe และโปรตีนรีดิวซ์ที่ขึ้นอยู่กับเหล็กเท่านั้น (โปรตีน Fe) โปรตีนที่ขึ้นอยู่กับเหล็กมีอยู่สามชนิด ได้แก่ โปรตีน ที่ขึ้นอยู่ กับ โมลิบดีนัม โปรตีนที่ขึ้นอยู่กับ วาเนเดียมและ โปรตีนที่ขึ้นอยู่กับ เหล็กเท่านั้น โดยไนโตรเจเนสทั้งสามชนิดนี้มีส่วนประกอบของโปรตีนเหล็กอยู่ด้วย ไนโตรเจเนสที่ขึ้นอยู่กับโมลิบดีนัมเป็นชนิดที่พบได้บ่อยที่สุด^{[ 1 ]}สามารถระบุชนิดของไนโตรเจเนสที่แตกต่างกันได้โดยพิจารณาจากส่วนประกอบของโปรตีนเหล็กที่เฉพาะเจาะจง^{[ 28 ]}ไนโตรเจเนสมีการอนุรักษ์สูงการแสดงออกของยีนผ่านการจัดลำดับดีเอ็นเอสามารถแยกแยะได้ว่าโปรตีนคอมเพล็กซ์ใดมีอยู่ในจุลินทรีย์และอาจถูกแสดงออก บ่อยครั้งที่ยีนnif Hถูกใช้เพื่อระบุการมีอยู่ของไนโตรเจเนสที่ขึ้นอยู่กับโมลิบดีนัม ตามด้วยไนโตรเจเนสรีดักเทสที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด (ส่วนประกอบ II) vnf H และanf H ซึ่งแสดงถึงไนโตรเจเนสที่ขึ้นอยู่กับวาเนเดียมและไนโตรเจเนสที่ขึ้นอยู่กับเหล็กเท่านั้น ตามลำดับ^{[ 29 ]}ในการศึกษาเกี่ยวกับนิเวศวิทยาและวิวัฒนาการของแบคทีเรียตรึงไนโตรเจน ยีน nifH เป็นไบโอมาร์กเกอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด^{[ 30 ]} nif H มียีนที่คล้ายกันสองยีนคือanf H และ vnfH ซึ่งเข้ารหัสสำหรับส่วนประกอบไนโตรเจเนสรีดักเทสของคอมเพล็กซ์ไนโตรเจเนสเช่นกัน^{[ 31 ]}

เชื่อกันว่าไนโตรเจเนสวิวัฒนาการขึ้นเมื่อประมาณ 1.5-2.2 พันล้านปีก่อน (Ga) ^{[ 32 ] [ 33 ]}แม้ว่าจะมีหลักฐานไอโซโทปบางส่วนที่สนับสนุนการวิวัฒนาการของไนโตรเจเนสตั้งแต่ประมาณ 3.2 Ga ก็ตาม^{[ 34 ]}ไนโตรเจเนสดูเหมือนจะวิวัฒนาการมาจาก โปรตีนที่คล้ายกับ มาทูเรสแม้ว่าหน้าที่ของโปรตีนก่อนหน้านั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดในปัจจุบัน^{[ 35 ]}

ไนโตรเจเนสมีสามรูปแบบที่แตกต่างกัน ( Nif, Anf และ Vnf ) ซึ่งสอดคล้องกับโลหะที่พบในบริเวณออกฤทธิ์ของโปรตีน (โมลิบเดนัม เหล็ก และวานาเดียม ตามลำดับ) ^{[ 36 ]}เชื่อกันว่าความอุดมสมบูรณ์ของโลหะในทะเลตลอดช่วงเวลาทางธรณีวิทยาของโลกเป็นตัวขับเคลื่อนความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของไนโตรเจเนสรูปแบบใดที่พบได้บ่อยที่สุด^{[ 37 ]}ปัจจุบันยังไม่มีข้อตกลงที่แน่ชัดว่าไนโตรเจเนสรูปแบบใดเกิดขึ้นก่อน

ไดอะโซโทรฟแพร่หลายในโดเมนแบคทีเรียรวมถึงไซยาโนแบคทีเรีย (เช่นTrichodesmiumและCyanothece ที่มีความสำคัญอย่างมาก ) แบคทีเรียกำมะถันสีเขียวแบคทีเรียกำมะถันสีม่วง Azotobacteraceae ไรโซเบียมและFrankia ^{[ 38 ] [ 39 ]}แบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนหลายชนิดตรึงไนโตรเจน รวมถึงClostridium spp. หลายชนิด (แต่ไม่ใช่ทั้งหมด) อาร์เคียบางชนิดเช่น Methanosarcina acetivoransก็ตรึงไนโตรเจนเช่นกัน^{[ 40 ]}และกลุ่มจุลินทรีย์ที่สร้างมีเทน อื่นๆ อีกหลายกลุ่ม มีส่วนสำคัญในการตรึงไนโตรเจนในดินที่ขาดออกซิเจน^{[ 41 ]}

ไซยาโนแบคทีเรียหรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีแสงสว่างเกือบทั้งหมดบนโลก และมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรคาร์บอนและไนโตรเจนของชีวภาค โดยทั่วไป ไซยาโนแบคทีเรียสามารถใช้แหล่งไนโตรเจนแบบรวมทั้งอนินทรีย์และอินทรีย์ได้หลากหลาย เช่นไนเตรต ไน ไตร ต์แอมโมเนียมยูเรียหรือกรดอะมิโน บางชนิด ไซยา โนแบคทีเรียหลายสายพันธุ์ยังสามารถเจริญเติบโตแบบตรึงไนโตรเจนได้ ซึ่งความสามารถนี้อาจมีอยู่ในบรรพบุรุษร่วมสุดท้ายของพวกมันในยุคอาร์เคียน^{[ 42 ]}การตรึงไนโตรเจนไม่เพียงแต่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในดินเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในระบบน้ำ รวมถึงน้ำจืดและน้ำทะเลด้วย^{[ 43 ] [ 44 ]}อันที่จริง ปริมาณไนโตรเจนที่ถูกตรึงในมหาสมุทรมีอย่างน้อยเท่ากับบนบก^{[ 45 ]} เชื่อกันว่า ไซยาโนแบคทีเรียในทะเลแบบอาศัยอยู่รวมกันเป็นกลุ่ม อย่าง Trichodesmiumสามารถตรึงไนโตรเจนได้ในระดับที่คิดเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของการตรึงไนโตรเจนในระบบทะเลทั่วโลก^{[ 46 ]}ไลเคนบนพื้นผิวทะเลและแบคทีเรียที่ไม่สังเคราะห์แสงซึ่งอยู่ในกลุ่ม Proteobacteria และ Planctomycetes สามารถตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศได้อย่างมีนัยสำคัญ^{[ 47 ]}ไซยาโนแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนในน้ำจืด ได้แก่AphanizomenonและDolichospermum (เดิมชื่อ Anabaena) ^{[ 48 ]}สายพันธุ์เหล่านี้มีเซลล์พิเศษที่เรียกว่าเฮเทอโรไซต์ซึ่งการตรึงไนโตรเจนเกิดขึ้นผ่านเอนไซม์ไนโตรเจเนส^{[ 49 ] [ 50 ]}

ออร์แกเนลล์ชนิดหนึ่งซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากเอนโดซิมไบออนต์ของไซยาโนแบคทีเรีย ที่เรียกว่าUCYN-A 2 ^{[ 51 ] [ 52 ]} สามารถเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจนให้เป็นรูปแบบที่สิ่งมีชีวิตสามารถนำไปใช้ได้ ไนโตรพลาสต์นี้ถูกค้นพบในสาหร่ายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาหร่ายทะเลBraarudosphaera bigelowii ^{[ 53 ]}

ไดอะตอมในวงศ์Rhopalodiaceaeยังมี เอนโดซิม ไบออนต์ไซยาโน แบคทีเรีย ที่เรียกว่าสเฟียรอยด์บอดี้หรือไดอะโซพลาสต์^{[ 54 ]}เอนโดซิมไบออนต์เหล่านี้สูญเสียคุณสมบัติการสังเคราะห์แสง แต่ยังคงความสามารถในการตรึงไนโตรเจน ทำให้ไดอะตอมเหล่านี้สามารถตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศได้^{[ 55 ] [ 56 ] ได}อะตอมอื่นๆ ที่อยู่ร่วมกับไซยาโนแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจน ได้แก่ สกุลHemiaulus , RhizosoleniaและChaetoceros ^{[ 57} ]

พืชที่ช่วยในการตรึงไนโตรเจน ได้แก่ พืชในวงศ์ถั่ว( Fabaceae )เช่นคุดซูโคลเวอร์ถั่วเหลืองอัลฟัลฟา ลูปินถั่วลิสงและรอยบอส [ ^{39 ] พืช}เหล่านี้มีแบคทีเรียไรโซเบียมแบบพึ่งพาอาศัย กันภายใน ปุ่มรากในระบบรากซึ่งผลิตสารประกอบไนโตรเจนที่ช่วยให้พืชเจริญเติบโตและแข่งขันกับพืชชนิดอื่นได้^{[ 58 ]}เมื่อพืชตาย ไนโตรเจนที่ถูกตรึงไว้จะถูกปล่อยออกมา ทำให้พืชชนิดอื่นสามารถนำไปใช้ได้ ซึ่งช่วยในการบำรุงดิน[ ^{16 ] [ 59 ] พืช}ในวงศ์ถั่วส่วนใหญ่มีความสัมพันธ์นี้ แต่บางสกุล (เช่นStyphnolobium ) ไม่มี ในการทำฟาร์มแบบดั้งเดิมหลายแห่ง จะมีการหมุนเวียนแปลง ปลูกพืชหลายชนิด ซึ่งโดยปกติจะมีพืชชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วย โคลเวอร์เป็นหลักหรือทั้งหมด^{[ 60 ]}

ประสิทธิภาพการตรึงไนโตรเจนในดินขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงพืชตระกูลถั่วและสภาพอากาศและดิน ตัวอย่างเช่น การตรึงไนโตรเจนโดยโคลเวอร์แดงอาจมีตั้งแต่ 50 ถึง 200 ปอนด์ต่อไร่ (56 ถึง 224 กิโลกรัมต่อเฮกตาร์) ^{[ 61 ]}

พืชแอคติโนไรซัลเช่นต้นอัลเดอร์และต้นเบย์เบอร์รี่สามารถตรึงไนโตรเจนในปุ่มรากได้โดยอาศัย แบคทีเรีย แฟรงเกียแบคทีเรียเหล่านี้พบได้ใน 25 สกุลในอันดับCucurbitales , FagalesและRosalesซึ่งรวมกับFabalesก่อให้เกิด กลุ่ม พืชยูโรซิดที่ตรึงไนโตรเจนได้ความสามารถในการตรึงไนโตรเจนไม่ได้มีอยู่ในทุกวงศ์เหล่านี้ ตัวอย่างเช่น จาก 122 สกุลในวงศ์ Rosaceaeมีเพียง 4 สกุลเท่านั้นที่ตรึงไนโตรเจนได้ Fabales เป็นสายพันธุ์แรกที่แยกตัวออกจากกลุ่มพืชที่ตรึงไนโตรเจนได้ ดังนั้น ความสามารถในการตรึงไนโตรเจนอาจเป็นลักษณะดั้งเดิมและสูญหายไปในลูกหลานส่วนใหญ่ของพืชที่ตรึงไนโตรเจนได้ดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม อาจเป็นไปได้ว่าความ ต้องการ ทางพันธุกรรมและสรีรวิทยา ขั้นพื้นฐาน มีอยู่ในสถานะเริ่มต้นในบรรพบุรุษร่วมที่ใกล้ที่สุดของพืชเหล่านี้ทั้งหมด แต่เพิ่งวิวัฒนาการไปสู่การทำงานอย่างสมบูรณ์ในบางชนิดเท่านั้น^{[ 62 ]}

นอกจากนี้Trema ( Parasponia ) ซึ่งเป็นสกุลพืชเขตร้อนในวงศ์Cannabaceaeยังสามารถโต้ตอบกับไรโซเบียมและสร้างปุ่มตรึงไนโตรเจนได้อย่างผิดปกติ^{[ 63 ]}

พืชบางชนิดดำรงชีวิตร่วมกับไซยาโนไบออนต์ (ไซยาโนแบคทีเรีย เช่นNostoc ) ซึ่งช่วยตรึงไนโตรเจนให้แก่พืชเหล่านั้น:

• ไลเคนบางชนิด เช่นโลบาเรียและเพลติเกรา
• เฟิร์นยุง ( สกุล Azolla )
• ไซแคด^{[ ​​64 ]}
• กุนเนร่า
• บลาเซีย (ลิเวอร์เวิร์ต )
• ฮอร์นเวิร์ต^{[ 65 ]}

ความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับพืชที่มีความสำคัญทางการเกษตร ได้แก่: ^{[ 66 ]}

• อ้อยและจุลินทรีย์ภายในพืช ที่ไม่ชัดเจน
• ข้าวฟ่างหางสุนัขและAzospirillum brasilense
• หญ้าคัลลาร์และAzoarcus sp. สายพันธุ์ BH72
• ข้าวและHerbaspirillum seropedicae
• ข้าวสาลีและเชื้อ Klebsiella pneumoniae
• ข้าวโพดพันธุ์พื้นเมือง ' Sierra Mixe ' / 'olotón' ^{[ 67 ]}และแบคทีเรีย BacteroidotaและPseudomonadota หลายชนิด

วิธีการตรึงไนโตรเจนได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยเฮนรี คาเวนดิชในปี 1784 โดยใช้อาร์คไฟฟ้าที่ทำปฏิกิริยาระหว่างไนโตรเจนและออกซิเจนในอากาศ วิธีนี้ถูกนำไปใช้ในกระบวนการ Birkeland–Eydeในปี 1903 ^{[ 68 ]}การตรึงไนโตรเจนโดยฟ้าผ่าเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่คล้ายคลึงกันมาก

ความเป็นไปได้ที่ไนโตรเจนในบรรยากาศจะทำปฏิกิริยากับสารเคมีบางชนิดนั้นได้รับการสังเกตครั้งแรกโดย M. Desfosses เภสัชกรจาก^{Besançon [ 69 ] ในปี 1828 [} 70 ] ^{เขาพบ}ว่า^{ส่วนผสมของออกไซด์}โลหะอัลคาไลและคาร์บอนทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนที่อุณหภูมิสูง ด้วยการใช้แบเรียมคาร์บอเนตเป็นวัตถุดิบตั้งต้น กระบวนการเชิงพาณิชย์แรกจึงเกิดขึ้นในช่วงปี 1860 ซึ่งพัฒนาโดย Margueritte และ Sourdeval แบเรียมไซยาไนด์ ที่ได้ จะทำปฏิกิริยากับไอน้ำ ทำให้เกิดแอมโมเนีย ในปี 1898 FrankและCaroได้พัฒนาสิ่งที่เรียกว่ากระบวนการ Frank–Caroเพื่อตรึงไนโตรเจนในรูปของแคลเซียมไซยานาไม ด์ กระบวนการนี้ถูกบดบังด้วยกระบวนการ Haberซึ่งถูกค้นพบในปี 1909 ^{[ 71 ] [ 72 ]}

วิธีการผลิตแอมโมเนียทางอุตสาหกรรมที่โดดเด่นคือกระบวนการฮาเบอร์หรือที่รู้จักกันในชื่อกระบวนการฮาเบอร์-บอช ซึ่งพัฒนาโดยนักเคมีชาวเยอรมันฟริตซ์ ฮาเบอร์และคาร์ล บอชและสาธิตครั้งแรกในปี 1909 ^{[ 73 ] [ 74 ]} ปัจจุบันการผลิตปุ๋ยเป็นแหล่งไนโตรเจนคงที่ที่มนุษย์สร้างขึ้นที่ใหญ่ที่สุดในระบบ นิเวศบนบก แอมโมเนียเป็นสารตั้งต้นที่จำเป็นสำหรับปุ๋ย วัตถุระเบิดและผลิตภัณฑ์อื่นๆ กระบวนการฮาเบอร์ต้องการความดันสูง (ประมาณ 200 บรรยากาศ) และอุณหภูมิสูง (อย่างน้อย 400 องศาเซลเซียส) ซึ่งเป็นสภาวะปกติสำหรับการเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรม กระบวนการนี้ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นแหล่งไฮโดรเจนและอากาศเป็นแหล่งไนโตรเจน ผลิตภัณฑ์แอมโมเนียส่งผลให้มีการเพิ่มความเข้มข้นของปุ๋ยไนโตรเจนทั่วโลก^{[ 75 ]}และได้รับการยกย่องว่าสนับสนุนการขยายตัวของประชากรมนุษย์จากประมาณ 2 พันล้านคนในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เป็นมากกว่า 8 พันล้านคนในปัจจุบัน^{[ 76 ]}

มีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการตรึงไนโตรเจน โดยมักมีเป้าหมายเพื่อลดความต้องการพลังงาน อย่างไรก็ตาม การวิจัยดังกล่าวจนถึงปัจจุบันยังไม่สามารถเข้าใกล้ประสิทธิภาพและความง่ายของกระบวนการฮาเบอร์ได้ สารประกอบหลายชนิดทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนในบรรยากาศเพื่อให้ได้สารประกอบเชิงซ้อนไดไนโตรเจน สารประกอบ เชิงซ้อนไดไนโตรเจนตัวแรกที่ได้รับการรายงานคือRu(NH)₃)₅( น₂) ²⁺ . ^{[ 77 ]}สารประกอบที่ละลายได้บางชนิดสามารถเร่งปฏิกิริยาการตรึงไนโตรเจนได้^{[ 78 ]}

ไนโตรเจนสามารถตรึงได้โดยฟ้าผ่าซึ่งจะเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจน ( N) เป็นไนโตรเจน₂) และก๊าซออกซิเจน ( O )₂) ในชั้นบรรยากาศกลายเป็นไนโตรเจนออกไซด์ ( NOx ₎ N₂โมเลกุลนี้มีความเสถียรสูงและไม่เกิดปฏิกิริยาเนื่องจากพันธะสามระหว่างอะตอมของไนโตรเจน^{[ 79 ]}ฟ้าผ่าสร้างพลังงานและความร้อนมากพอที่จะทำลายพันธะนี้^{[ 79 ]}ทำให้อะตอมของไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับออกซิเจน เกิดเป็นNO _xสารประกอบเหล่านี้พืชไม่สามารถนำไปใช้ได้ แต่เมื่อโมเลกุลนี้เย็นลง มันจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างไนโตรเจนไดออกไซด์ ( NO )₂), ^{[ 80 ]}ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อผลิตกรดไนตรัส ( HNO )₂) หรือกรดไนตริก ( HNO₃)₃เมื่อกรดเหล่านี้ซึมลงสู่ดิน จะทำให้เกิดไนเตรต (NO ₃ ⁻ ) ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อพืช^{[ 81 ] [ 79 ]}

• กระบวนการ Birkeland–Eyde : กระบวนการผลิตปุ๋ยในระดับอุตสาหกรรม
• การตรึงคาร์บอน
• ดีไนตริฟิเคชัน : กระบวนการอินทรีย์ในการปลดปล่อยไนโตรเจน
• จอร์จ วอชิงตัน คาร์เวอร์ : นักพฤกษศาสตร์ชาวอเมริกัน
• เฮเทอโรซิสต์
• การตรึงไนโตรเจนในทะเล
• กระบวนการไนตริฟิเคชัน : การผลิตไนโตรเจนทางชีวภาพ
• วัฏจักรไนโตรเจน : การไหลเวียนและการเปลี่ยนแปลงของไนโตรเจนในสิ่งแวดล้อม
• ภาวะขาดไนโตรเจน
• ชุดอุปกรณ์ตรึงไนโตรเจนสำหรับการวัดปริมาณการตรึงไนโตรเจนของพืชเชิงปริมาณ
• ไนโตรเจเนส : เอนไซม์ที่สิ่งมีชีวิตใช้ในการตรึงไนโตรเจน
• กระบวนการออสท์วาลด์ : กระบวนการทางเคมีในการผลิตกรดไนตริก ( HNO₃)₃)
• การใช้ไฟฟ้าในกระบวนการเร่งปฏิกิริยา : การลด N2 ด้วยไฟฟ้า_เคมี

• Hirsch AM (2009). "ประวัติโดยย่อของการค้นพบสิ่งมีชีวิตที่ตรึงไนโตรเจน" (PDF) . มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 9 กรกฎาคม 2010. สืบค้นเมื่อ14 เมษายน 2012 .
• ห้องปฏิบัติการการตรึงไนโตรเจนในทะเลมหาวิทยาลัยเซาท์เทิร์นแคลิฟอร์เนีย
• "ชุดภาพถ่ายห้อง ปฏิบัติการ วิจัยไนโตรเจนคงที่ของ Travis P. Hignett // คอลเลกชันดิจิทัล ของสถาบันประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์" digital.sciencehistory.org สืบค้นเมื่อ16 สิงหาคม 2019คลังภาพดิจิทัล ของสถาบันประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ (ภาพถ่ายที่แสดงขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการตรึงไนโตรเจน และอุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ ที่ใช้ในการผลิตไนโตรเจนในบรรยากาศ รวมถึงเครื่องกำเนิด เครื่องอัดอากาศ ตัวกรอง เทอร์โมสตัท และเตาหลอมสุญญากาศและเตาหลอมแบบเป่าลม)
• " กระบวนการที่เสนอสำหรับการตรึงไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศ " มุมมองทางประวัติศาสตร์ วารสารScientific American , 13 กรกฎาคม 1878, หน้า 21
• ภาพรวมมหาสมุทรทั่วโลกของจุลินทรีย์ตรึงไนโตรเจน โดยการจับคู่ลำดับกับเซลล์ในมหาสมุทรทารา