非豆科植物固氮

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非豆科植物固氮

空气中含有大量的氮素，但并不能直接为高等植物吸收利用，只有在某些土壤微生物与植物共生，通过体内固氮酶的作用，将大气中氮还原成氨等氨化物的过程，植株才能利用大气氮。农业生产中常见的豆科植物根系上着生大量的根瘤菌，可以从空气中吸收和固定大量的氮素，这种作用称为生物固氮作用。大部分农作物由于缺乏共生固氮菌的作用，必须依赖氮肥供应才能生长。

长期以来，生物固氮是世界科学家关心和研究的重点。人们总是期望广大农田的粮食作物中能和豆科作物一样有固氮自肥的能力，以减少对化肥的依赖。所以，科学家最感兴趣的题目，是把豆科植物的根瘤菌奇妙的固氮能力转移给其他非豆科农作物，使之从空气中固定氮素以获取作物高产。

70年代中期，随着遗传工程的兴起，首先实现了细菌之间的固氮基因转移，为人们达到这种梦寐以求的目标展示了美好的前景。固氮遗传工程的主要研究目的是用遗传操作技术，将固氮微生物的固氮基因转移到非固氮微生物或农作物中，以扩大生物固氮的新资源。

80年代后期，美国科学家应用豆科宿主植物的提取物驯化出新根瘤菌转变菌株，用以处理小麦、水稻、高粱等7种非豆科植物能结瘤固氮。这些新菌株已分别命名为小麦根瘤菌、水稻根瘤菌等。

中国和德国的科学家进行合作研究，选用固氮根瘤菌作菌种，通过2，4－D 诱导其在小麦根部结瘤定殖，结果测定出诱发的根瘤有明显固氮酶活性。此后，我国科学家将固氮螺菌导入小麦根部结瘤，也测出固氮酶活性。通过15N同位素稀释法检测盆栽试验中诱发结瘤的麦苗固氮能力，连续4年5次试验测定证明，平均可从空气中固定15％氮素；15N同位素标记法检测证明，所固定的氮素中有1／3左右的氮素已转移到植株茎叶中。这些研究结果证明，目前非豆科作物结瘤固氮研究在结瘤和固氮两大关键技术方面已有全面突破，不仅可将根瘤菌移植到小麦根部结瘤，而且还突破了禾木科植物天然缺乏豆血红蛋白不能和根瘤共生固氮的障碍，终于使人工诱发的非豆科作物根瘤表达固氮能力。

日本国立遗传研究所的科学家成功地将豆类作物固氮基因移植到水稻根际微生物中。这种水稻新品种，约有20％的氮素来自根际微生物的固氮作用。澳大利亚科学家用强力诱变剂处理大豆，培育出一种新型的“超级分枝豆”，其根系固氮能力比普通大豆高出35倍，可以显著地提高土壤肥力，增加大豆产量。生物固氮研究工作一旦有新的突破，农业生产上就可能摆脱对氮肥的依赖并把产量提高到一个新水平。

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