豆科植物根瘤固氮的科技成果

一、豆科根瘤固氮

1.豆科植物根瘤菌

豆科植物与根瘤菌入侵形成结瘤固氮是长期进化的共生关系。当豆科种子萌发时就会影响周围根瘤菌的活动，一旦建立起足够的根瘤菌种群，它们就能侵入宿主植物。第一个明显的征兆是根毛变形，即卷曲表示入侵开始，寄主产生植物凝集素与根瘤菌结合。入侵结合之后开始根瘤发育。共生固氮可分为结瘤期和固氮期两个阶段。这两个阶段分别由结瘤基因（nod/nol基因）和固氮基因（nif/fix基因）控制，并证明nodD基因为nod/nol基因的正调节基因。

在生产田间，影响豆科植物结瘤和固氮因素，主要有三：①地上部的光合作用良好，要有足够的光合产物供给根瘤；②根瘤呼吸作用良好，以致光合产物的供给能够转化为固氮作用的能量和还原物质；③固氮产物从根瘤中有效运出，并在整个植物内重新分布，使寄主获得固氮效益。以上这些方面的研究都有相当的了解。根瘤衰老在衰退中变成绿褐色，最后导致胞膜破裂，细胞内含物降解，根瘤菌部分被溶酶体杀死，大部分进入土壤，失去固氮能力。

2.豆科植物资源的开发与利用(www.xing528.com)

迄今已知具有固氮的豆科植物超过1200种，其中农业利用的不到50种，主要是籽粒豆科植物、饲料牧草豆科植物和绿肥豆科植物。这些豆科植物，如大豆、绿豆、蚕豆、三叶草、苜蓿、紫云英等，与根瘤菌共生形成根瘤固氮。据统计，1hm²农作豆科植物一年之内能从空气中吸收100～600kg氮。

我国农民利用豆科植物固氮作用的历史悠久，直到现在仍然保留着豆科与非豆科植物轮栽、套作和间作的耕作制度。但是，我国过去南北方在秋收之后，种植紫云英、苜蓿和田菁等豆科植物作为绿肥的习惯大体已不复存在。这是现代农业发展过程中都会出现的一种失策，当今国外提出的生态农业就是对过度施用化肥的反思与纠正。据知澳大利亚从1972年起，在许多农、牧区已不施用化肥而全部利用豆科植物——根瘤菌共生固氮体系来补足土壤中缺少的氮肥。我认为在我国提及豆科植物资源的进一步开发，首先要恢复传统的农田种绿肥的习惯，扩大面积，建立良好的轮作制。若要让农民少用化肥，重视有机肥，扩大生物固氮，可并不是一件容易的事。这项基础性工作，要与生态农业相结合，需要政府参与规划，否则，其他生物固氮的技术开发都会受到限制。

不论是理论研究，还是实际应用，都要重视具有高固氮效能的共生体系。所以，在发展某种豆科植物的新区，应该使用有效根瘤菌菌苗接种，以建立共生体系。在种植豆科植物的老区，要用更有效的菌种代替土壤中原有的菌种。既要重视根瘤菌的选育，也要进行豆科植物品种的培育，使两者充分协调，从而能获得高光效和高固氮率的共生体系。另外，还要注意选育对结合态氮不敏感的根瘤菌种，即使在施用化肥的情况下仍能继续固氮，使豆科植物产量不断提高。

当今，通过基因工程等遗传操作提高根瘤的共生固氮能力正在开展。譬如，国内有人将肺炎克氏杆菌（klebsiella pneumoniae）的nifA基因导入大豆根瘤菌Sinorhizobium fredii可以提高结瘤因子的活性，提高结瘤效率；如将苜蓿根瘤（Sinorhizobium melioti）的dct ABD基因，导入大豆慢生根瘤菌（Brady rhizobium joponicum），提高了固氮能力而增产。