根瘤菌固氮的原因探究

根瘤菌固氮

D01214xxx XXX 12生物技术

根瘤菌：根瘤菌主要指与豆类作物根部共生形成根瘤并能固氮的细菌，一般指根瘤菌属和慢生根瘤菌属；两属都属于根瘤菌目。根瘤菌侵入寄主根内，刺激根部皮层和中柱鞘的某些细胞，引起这些细胞的强烈和生长，使根的局部膨大形成根瘤；根瘤菌在根内定居，植物供给根瘤菌以矿物养料和能源，根瘤菌固定大气中游离氮气，为植物提供氮素养料，两者在拮抗寄生关系中处于均衡状态而表现共生现象。

根瘤菌的形态特征：根瘤菌是短杆状细菌，因生活环境和发育阶段的不同，在形态上有显著变化.根瘤菌在固体培养基上和土壤中呈杆状，端生或周生鞭毛能运动，革兰氏染色阴性，无芽孢，培养较久菌体粗大，染色不均。

生存习性：根瘤菌与植物的共生体系具有很强的固氮能力。已知全世界豆科植物近两万种。根瘤菌是通过豆科植物根毛、侧根杈口(如花生)或其他部位侵入，形成侵入线，进到根的皮层，刺激宿主皮层细胞分裂，形成根瘤，根瘤菌从侵入线进到根瘤细胞，继续繁殖，根瘤中含有根瘤菌的细胞群构成含菌组织。

根瘤菌进入这些宿主细胞后被一层膜套包围，有些菌在膜套内能继续繁殖，大量增加根瘤内的根瘤菌数，以后停止增殖，成为成熟的类菌体；宿主细胞与根瘤菌共同合成豆血红蛋白，分布在膜套内外，作为氧的载体，调节膜套内外的氧量。

类菌体执行固氮功能，将分子氮还原成NH3，分泌至根瘤细胞内，并合成酰胺类或酰尿类化合物，输出根瘤，由根的传导组织运输至宿主地上部分供利用。与宿主的共生关系是宿主为根瘤菌提供良好的居住环境、碳源和能源以及其他必需营养，而根瘤菌则为宿主提供氮素营养。

豆科植物与根瘤菌共生互作的结果导致了一个新的植物器官——根瘤的形成,根瘤菌生活在根瘤中,它们具有将氮气转化为能被植物同化的氨的能力。本文将以大豆为例，从不同的根瘤菌菌株、不同的氮肥类型、以及不同的土壤类型三个方面对大豆根瘤菌结瘤固氮的影响进行探究。利用生物固氮来提高土壤肥力、改变土壤的物理性状和生物学性状等方面，这不仅具有良好的经济效益和社会效益，而且还能在可持续农业中维持良好的生态环境，具有明显的生态效益。

根瘤菌是一类生活在土壤中的革兰氏阴性杆状细菌,在合适的条件下,根瘤菌能侵染豆科植物并与之进行共生结瘤固氮。根瘤菌与豆科植物的共生是生物固氮体系中作用最强的体系,据估计所固定的氮约占生物固氮总量的65%,在农业生产中起着极其重要的作用。

根瘤菌与豆科植物的共生关系因生态环境的差异而具有很大的多样性,进行根瘤菌选种时,必须针对生态环境及宿主植物选择出最佳匹配的根瘤菌。同时经试验证明植物不同品种与不同根瘤菌共生,其有效性差异很大,所以选种时还须针对植物品种进行匹配,才能达到更好的共生固氮效果。本文根据以往研究总结，将把根瘤菌菌株、氮肥类型和土壤类型3个因素结合起来讨论大豆根瘤固氮酶活性,明确不

同根瘤菌、氮肥类型与土壤类型的适应性,筛选出高效固氮及竞争能力强的根瘤菌株,选育品种和菌种最佳共生体组合和广谱、高效的优良根瘤菌剂施用于大面积生产,对改良土壤、促进农作物增产有重要意义。

一、不同根瘤菌菌株的影响

根瘤菌与豆科植物的共生关系因生态环境的差异而具有很大的多样性,进行根瘤菌选种时,必须针对生态环境及宿主植物选择出最佳匹配的根瘤菌。白朴等通过实验证明将菌根真菌应用到豆科作物，可增强豆科对养分的吸收，同时它能促进豆科作物的根瘤形成，增强根瘤菌的固氮能力，从而使豆科作物增产。武帆等通过通过实验证明单接种根瘤菌BA207和根瘤菌SH212植株干重显著高于不接种对照，平均分别比不接种高19.5%和20.8%，而接种菌根G.m和G.i也对大豆和玉米的生长有着促进作用，平均分别比不接种高17.9%和13.8%。王晶等通过对大豆接种根瘤菌的对照试验，发现大豆接种根瘤菌后其植株固氮酶活性都极显著地高于阴性CK,说明接种根瘤菌能够提高植株的固氮能力；菌株R1和R2固氮酶活性极显著高于RCK，且接种菌株R1其植株生物固氮量最高,说明菌株R1生物固氮能力强于其它菌株。

经以上实验可看出，不同的根瘤菌菌株对豆科植物的生长有着很大的影响。因而,在应用根瘤菌前一定要进行根瘤菌与品种的亲和性试验,以获得最好的共生效果。在生活生产中选育出适宜各作物生长的高效根瘤菌菌株，取得很好的生态意义与经济效益。

二、不同氮肥类型的影响

氮素是植物体内蛋白质、核酸、叶绿素和一些激素等的重要组成部分，是限制植物生长和产量形成的重要因素。氮素对大豆的生长及产量和品质形成起重要的作用。倪丽等研究了氮肥施用对高产大豆根系、干物质积累及产量的影响；章建新等研究了氮肥对菜用大豆产量和品质的影响；刘丽君等研究了氮肥对大豆结瘤及叶片氮素积累的影响。大豆根瘤具有较强的固氮能力，但仅靠根瘤固氮远远不能满足大豆对氮素的需要，必须施用氮肥。

谷秋荣等通过研究不同类型氮肥施用来探明其对豫豆29号根瘤生长特性及产量和品质的影响。实验表明，在大豆的整个生育时期，根瘤菌可提供三分之一到二分之一的氮素需求；而氮肥的施用能提高大豆产量、改善大豆品质，其中，铵态氮在各项指标中数量最高。所以，施用氮肥尤其是铵态氮肥能显著提高大豆主要生育时期根瘤菌的体积、数量，以及成熟期收获的产量和籽粒品质性状。

由上述实验研究表明，对于大豆施以一定量的氮肥(尤以铵态氮为优)，能明显提高各生育期根瘤菌的体积、数量，以及大豆的产量和籽粒品质性状。

三、不同土壤类型的影响

应用大豆根瘤菌接种技术，使植物根部产生大量有效根瘤，不但能够提高籽粒中蛋白质的含量，且增产效果在10％以上。然而土壤环境是影响根瘤菌结瘤固氮的首要因素，其类型、pH以及其他理化性质都能影响根瘤菌的接种效果。

李政军等为不同地区的土壤和大豆品种选择最适宜的根瘤菌，发现培养的最适宜温度为28℃，pH为6.0~8.0，培养时间为48h。王晶等通过对不同类型土壤中大豆-根瘤菌组合固氮酶活性的比较，发现黑土中大豆-根瘤菌组合固氮酶活性大多显著高于草甸土中大豆-根瘤菌的组合。王晶等对根瘤菌与大豆在不同类型土壤中的生态适应性的研究中发现接种菌在两种土壤中都表现出较强的生存和定殖能力,且黑土的接种效果极显著高于草甸土。

在以上实验中，我们可发现土壤环境因素对菌株在土壤中的生存和定殖起关键作用。因此在生产中有必要对不同地区大豆根瘤菌的培养条件进行优化，使大豆接种根瘤菌，能够在植物根部产生大量有效根瘤，达到增产目的。

综上，通过对影响大豆根瘤菌结瘤固氮因素的探究，在大豆根瘤菌选种和应用中，既要考虑大豆品种，也要结合当地的生态环境进行根瘤菌和大豆的最佳匹配，如对菌株的选育，对氮肥的施加以及对土壤环境的优化等，才能筛选出对当地生态环境最具适应性的优良菌株，使得大豆根瘤菌的共生组合发挥出更好的共生固氮效果，提高大豆的产量与籽粒品质性状，获得可观的社会效益与经济效益。