微生物学课程论文--根瘤菌与大豆的共生关系

根瘤菌与大豆的共生关系
摘要：
本论文主要讲述了大豆与根瘤菌的共生关系，其中有根瘤菌的概述，技术应用，应用前景，发展史等。

大豆为根瘤菌提供能量和安全的生长环境，根瘤能够为生物固氮过程提供必要的低氧条件。

宿主和根瘤菌之间的正确识别是所有根瘤共生系统形成的必需条件。

“扩大豆科植物—根瘤菌共生体系，是我国减少化学氮肥用量的最有效途径”众所周知，氮肥是高能耗产品，减少化学氮肥的投入，对于缓解我国的能源紧张有重大意义。

豆科生物固氮，是全世界都公认的有效技术，豆科植物—根瘤菌有固氮的功能，世界上凡是种植大豆的国家，无一不采用这项技术。

禾本科为豆科解决了氮阻遏的障碍，不仅增加固氮量，促进豆、禾双高产，还可减少病虫危害；如果从轮作过程观察，前茬豆科作物为后作提供了非常可观的氮肥，生物固氮的贡献更大。

关键词：根瘤菌豆类植物固氮共生关系
前言：
氮素作为农业生产中的重要化学元素，随着作物产量的不断提高，氮肥的使用量不断提高，造成作物种植成本提高，土壤质量下降，而根瘤的生物固氮可以为其宿主植物提供足够的氮源。

深入探究大豆与根瘤菌之间的共生原理，分析根瘤的形成过程，并初步运用基因工程方法构建转MYB基因烟草模型。

对农业生产中氮肥使用量的减少及土壤土质的提高具有重要作用，对降低农业生产成本亦有显著意义。

正文：
大豆根瘤菌（拉丁名：Bradyrhizobium japonicum）为慢生根瘤菌科、大豆根瘤菌属。

是一种活的微生物制剂根瘤内的根瘤菌与豆科植物互利共生：豆科植物通过光合作用制造的有机物，一部分供给根瘤菌；根瘤菌通过生物固氮制造的氨，则供给豆科植物.
大豆生产中使用根瘤菌是一项成熟的、广泛使用的技术，能够大幅度地提高大豆生长期中的自身固氮能力，供给充足的氮素，供大豆生产所需。

大豆根瘤菌有液体、固体两种剂型。

固体型根瘤菌采用拌种或土施方式应用。

液体型根瘤菌
采用浸种方式使用。

也可以在种子包衣时加入大豆根瘤菌剂，但是要注意包衣剂和根瘤菌剂之间应相互匹配，不能因种衣剂药效抑制根瘤菌的活性。

根据大田示范结果，大豆应用根瘤菌，可以使大豆产量提高10%以上，同时大豆的蛋白质含量提高2%、粗脂肪含量提高1～2%，每亩净收入增加40～50元。

对于大豆根瘤菌的技术应用的要点大体有以下几点：1、选择合适的大豆根瘤菌品种采集大豆生产区的主要土壤类型，进行土壤、根瘤菌匹配试验，筛选活性强、效果好、适应当地土壤和气候的大豆根瘤菌品种。

2、采用适宜的施用方法根据大豆根瘤菌的剂型，固体菌剂采用拌种或造粒后随大豆种子、肥料穴施；液体菌剂采用浸种方式使用。

也可以在种子包衣时加入大豆根瘤菌菌剂，但是要注意包衣剂和根瘤菌剂之间应相互匹配，不能因种衣剂药效抑制根瘤菌的活性。

3、合理用量菌剂拌种时每亩用量0.5千克，菌剂造粒后随大豆种子、肥料穴施时每亩用量1～2千克；液体菌剂浸种时用量0.5千克；种子包衣时用量根据包衣剂要求的用量。

大豆根瘤菌是一种活的微生物制剂，在储藏、运输、使用过程中，要避免温度过高或者过低；同时不能与杀菌剂类农药混用。

在我国的黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古以及黄淮海的大豆主产区，均可广泛使用大豆根瘤菌。

2002～2004年，在辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古的大豆生产区示范推广800万亩，取得很好效果，应用前景广阔。

“扩大豆科植物—根瘤菌共生体系，是我国减少化学氮肥用量的最有效途径”。

中国农业大学陈文新院士的报告，让与会者为之一振。

陈文新院士30年来她致力于大豆根瘤菌研究和推广，曾不止一次地向中央提出加强这方面研究和推广的建议。

建国初期，在回国的几位农业微生物学前辈的组织带领下，在我国较广泛地进行了大豆、花生、紫云英根瘤菌接种实验，效果很好，尤其紫云英接种效果极佳，根瘤菌接种事业有一段兴盛时期。

但是随着化肥的大量施用，生物固氮技术逐渐淡出不再受重视。

据有关方面统计，我国年消耗氮肥占世界的30%。

以2004年统计数据为例，我国生产氮肥3300万吨，需消耗1亿多吨标准煤，而氮肥的利用率仅为10%~30%；按2002年用肥量和种植面积计，我国平均施用氮肥量为美国的2.88倍、巴西的5.79倍、澳大利亚的8.85倍。

且不说过量施用化学氮肥的危害，仅
从节约能源的角度出发，也应该大力提倡生物固氮技术。

中国农科院葛诚研究员大声疾呼：我们的石油总有用完的一天，到那时候我们到哪去找氮肥呢？众所周知，氮肥是高能耗产品，减少化学氮肥的投入，对于缓解我国的能源紧张有重大意义。

豆科生物固氮，是全世界都公认的有效技术，豆科植物—根瘤菌有固氮的功能，世界上凡是种植大豆的国家，无一不采用这项技术。

为什么我们不大力推广呢？
大豆根瘤菌推广中，由产品到土壤的这一过程，称之为根瘤菌推广的“一公里”问题。

“试验示范是基础，宣传培训是重要手段，政策支持是关键，‘傻瓜化’集成才能真正技术到位”，这是黑龙江农垦的成功经验。

所谓“傻瓜化”集成，是指垦区总结的一套方便简单的施肥模式———大豆根瘤菌+磷酸二铵+钾肥”的模式。

令人振奋的是，自2003年起到2007年，黑龙江垦区共计推广应用大豆根瘤菌面积820万亩，共计减少尿素投入近4万吨，生物固氮的观念已日益为垦区广大职工所接受。

一是增产增效明显，是大豆振兴计划的一项推动性措施；二是在当前化肥价格飞涨的情况下，节本的效果是可观的。

目前需要解决的技术问题，一是延长在包装中的根瘤菌的存活时间或者说保质期；二是开放条件下，比如拌种后、播种前，延长根瘤菌存活时间和提高存活的数量。

大豆在种植业结构中的重要位置是不可取代的，在美国大豆的种植面积约占耕地面积的30%~40%，而我国尤其是在东北地区，大豆具有非常重要的地位。

近年来大豆价格的攀升，提高了农民种植的积极性；而化肥价格的飞涨，给根瘤菌推广提供了非常好的机遇。

农业部农业技术推广服务中心土壤肥料技术处处长高祥照说，近年来我国南方绿肥、北方大豆种植面积在减少，现在提出大面积普及此项技术是绝好时机。

一方面直接减少化学氮肥的投入，缓解我国能源压力；同时也为大豆产业的振兴推波助澜，提供技术支撑。

据统计，全球每年生物固氮约2亿吨，豆科固氮占65%~80%，给共生植物提供所需氮50%~100%。

陈院士多年研究表明，豆科植物与禾本科植物间作效应明显。

禾本科为豆科解决了氮阻遏的障碍，不仅增加固氮量，促进豆、禾双高产，还可减少病虫危害；如果从轮作过程观察，前茬豆科作物为后作提供了非常
可观的氮肥，生物固氮的贡献更大。

目前，说起我国根瘤菌剂生产的产业化水平，最具代表性的还得数秦皇岛领先科技发展有限公司。

该公司经过多年的努力，2001年在豆科根瘤菌剂生产上实现了工艺设备创新和工艺技术突破；2006年“液体根瘤菌剂产业化工艺”通过省级科技成果鉴定；由该公司承担的国家高技术产业化示范工程项目———“年产2万吨豆科根瘤菌剂产业化示范工程项目”，于2007年6月在秦皇岛通过国家验收。

该生产线达到药品GMP生产标准，设备水平达到国际先进水平，完成了我国首家根瘤菌剂的产业化基地建设。

大豆属中度耐盐植物，盐胁迫可阻碍大豆种子萌发和植株生长，减少根瘤，抑制生物学产量的积累，导致产量下降。

农业部微生物肥料质量监督检验测试中心李俊主任认为，研究筛选耐盐、固氮效率高的大豆根瘤优良菌株，应用于生产实践中，是根瘤菌剂产业化的研究方向。

应有针对性地选育出适合某地区某土壤类型主栽品种的高固氮力，高竞争结瘤能力的优良菌株；确定菌株稳定、高产的发酵工艺，包括最佳发酵培养基配方、最佳发酵参数等，筛选适宜的载体和稳效助剂，使产品中功能菌株稳定存活，延长产品的保质期、降低成本。

陈院士认为，当前迫切需加强豆科育种及根瘤菌应用基础研究，如优选的豆科植物品种与高效根瘤菌匹配；突破根瘤菌剂能较长期保存的瓶颈；根瘤菌剂使用的最有效技术及相应机具改革等。

她认为，目前我国已为中国豆科作物接种根瘤菌准备了充足的种质资源和新的认识，大豆生物固氮的大面积推广指日可待。

建议在西部退耕还林还草事业中多种豆科植物接种根瘤菌；在广大农区，建立豆科植物———根瘤菌与禾本科及其它经济作物间套轮作体系，充分发挥生物固氮作用，将化学氮肥用量降至最低限。

李俊主任介绍说，目前实施的国家高技术产业化示范工程项目（发改委）和国家土壤有机质提升试点补贴项目（农业部），对推动根瘤菌剂产业化是有利的。

据悉，2008年国家将开始在山西、江西、湖南、广西、安徽5省（区）试点种植豆科绿肥5万亩，并进行财政补贴。

同时，生物产业发展已写入“十一五”规划———绿色农用生物产品专项实施方案：推动新型高效生物肥料产业化，开发高
生物固氮是生命科学中的重大基础研究课题之一, 它在生产实际中发挥着
重要作用: 为植物特别是粮食作物提供氮素、提高产量、降低化肥用量和生产成本、减少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生态平衡和促进农业可持续发展。

因此，二者之间的共生原理及固氮过程一直以来是人们研究的重要课题。

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