根际共生提高非豆科植物生物固氮能力

四、根际与叶面共生固氮

另一种联合共生体系包括根系和叶面定殖共生而不形成特异化结构的固氮菌被称为联合固氮菌或直接称之为根际与叶面的固氮菌。

1.根际联合固氮作用

近代农业根际微生物研究已取得很大进展，也为根际固氮菌研究提供了条件。在20世纪80～90年代，Ghonsikar等用固氮螺菌（Azospirillum）接种高梁，结果发现两者可形成根际联合固氮体系，致使高梁根量增加29％，根体积增加39％，籽粒增产18％。随后有人用巴西固氮螺菌（A.basilense）突变株，接种盆栽小麦发现，突变株在小麦根际定殖量为10⁷cfu/g鲜根（cfu为菌落形成单位）。当小麦在无氨培养基中生长时，该突变株对植物地上部分和地下部分生长均有促进作用，可使植株的干重、百分氮以及总氮含量明显提高。

现在可以粗略地说：不少微生物，如贝氏固氮菌、固氮菌、肠杆菌、含脂螺菌、好气性、兼性和厌氧固氮菌及某些光合细菌等在植物根系中生活，形成根际固氮微生物群。其中，水稻、小麦、甘蔗、雀稗、玉米、马唐、高梁、黍和狼尾草的根系都具有较大的诱导率，并通过接种得到论证。

根际联合固氮的作用明显地受到土壤因子和植物根系分泌物的影响。我国学者通过基因工程构建了耐铵泌铵的工程菌E.gergoviac ET，该菌在50mmol/LNH^＋4中仍能合成固氮酶，并具有76％的固氮活性，而对照的野生苗则不能；田间试验也表明接种工程菌的玉米产量显著高于接种野生苗或无菌对照。

2.内生联合固氮作用(www.xing528.com)

雀稗是一种野草，它和一个专一的雀稗固氮菌联合共生，为最先被确定的禾本科植物，其固氮细菌与根系结合，并能进入根鞘，形成类菌体结构。巴西甘蔗内存在着内生固氮菌，它可分为兼性内生固氮菌和专性内生固氮菌，主要是由巴西固氮螺菌入侵。前者在植物根表、根内以及土壤中，后者能在植物根内和茎叶部位定殖，可以在寄主植物的各器官内发挥固氮作用，从而为植物提供氮源。所以，巴西甘蔗田施氮量很少，不超过60kg/hm²直根苗或80kg/hm²截根苗，但是甘蔗却持续高产，而且土壤含氮量几乎从未下降。究其原因就是有巴西固氮菌与之共生固氮作用。除巴西外，已发现古巴、墨西哥、乌拉圭、澳大利亚、菲律宾、阿根廷等国家种植的甘蔗中也都有内生固氮菌的存在。这种内生固氮菌的发现，有望开辟一条非豆科植物高效利用生物固氮的途径。

3.叶面细菌固氮

热带植物茜草科大沙叶属（Pavetta）、九节木属（Psychotra）和紫金牛科的紫金牛属（Ardisia）的许多种，其叶片上有肉眼可见的斑点，被称“叶瘤”（Lea f nodules）。已证明它们内含固氮细菌，分别确认为茜草克氏杆菌（K.rubiacearum）和Xanthomona hortoricola新种固氮细菌，均有固氮活性。

另一种叫“叶围微生物”，是热带雨林广泛存的一种叶片与细菌结合体。Ruinen在印尼爪哇以及苏立南潮湿的热带和亚热带地区观察与分离到这种“叶围”（phyllosphere）内的贝氏固氮菌（Beijertinckia）和固氮菌（Azotobacter），伴随着其他各类微生物，大量存在于乔木、灌木的广大叶面上。也认为这些微生物，利用从叶片上分泌的或渗出的碳水化合物，可能固定大量的氮，将被叶片吸收或顺雨水洗脱供根吸收而有助植物生长。

总之，生物固氮无处不在，生物固氮类型多种多样，作为生物资源在农林业的应用有直接的也有间接的。目前生物固氮资源的开发与利用还很有限，大部分还处于自然状态，这同样需要保护，不使环境污染，不使固氮环境恶化。如果大自然没有生物固氮系统，山林、江河湖泊和农田将会变得非常贫瘠。