植物固氮：未解之谜现状

很多年来，科学家们一直在探索豆类植物怎样固氮的奥秘，竭尽全力地试图解开根瘤菌的固氮之谜。因为这项研究实在太重要了，它意味着每年将有可能省去数百亿甚至数千亿美元的人工制造氮肥的费用。美国著名的共生学专家威廉·特拉格，经过认真的计算后提出，全世界豆类植物每年在土壤中的集氮数量约有9千万吨，几乎占土壤中复原氮的90％。

最早开始对豆科植物固氮的研究，应追溯到1838年，当时的法国农业化学家波辛格鲁特首次发现，豆科植物能固定大气中的分子状态氮。1866年俄国学者沃罗宁又发现豆科植物根瘤中含有微生物，并指出根瘤的形成是微生物侵入植物的结果。到1888年，荷兰学者别依林克应用分离方法，第一次获得了根瘤菌的纯菌种，从此以后，人们开始揭开了植物固氮之谜的最外几层帷幕。

经过了许多年的研究探索，科学家们对固氮机制的认识越来越多，但遇到的问题和迷惑之处也同样越来越多。当人们清楚地了解到微生物进入植物根组织后，会改变模样成为变形菌，当时摆在科学家面前的主要问题是：变形菌是如何传宗接代的？它们能繁殖吗？能接连不断地使根瘤苗完成生命循环吗？对这些问题众说纷纭。许多学者认为，在变形苗生存的最后阶段，它们的植物主人便违反共生原则，把它的共生者消化掉。植物的下一代若要感染上根瘤苗，还得通过土壤里的新的细菌侵入到植物根毛里，这些根瘤菌可以在土壤里毫无阻挡地进行繁殖。但也有的学者认为，并非所有的细菌变成变形苗，有少数能不被消化掉。后来，前苏联科学院院士米舒斯金与他的合作者在研究中发现，变形菌内部会形成小圆细胞——似亲孢子，于是他提出推测，根瘤菌为了使自己免遭绝种，在它的独立生活期内，就是以似亲孢子的形式留在土壤里。

老的争论还在继续不断，新的问题接踵而来，当前，在研究植物固氮的领域中，一个使科学家们极为关注的问题是，当根瘤菌离开了植物体之后，是否也同样能进行固氮作用。这是一个打破传统观念的想法，因为根据以往的概念，根瘤苗只有与豆科植物结合在—起，才能吸收空气中的氮从事固氮工作。也就是说，根瘤苗虽然一生的大部分时间是在土壤里过着独立生活，如同土壤中的其他微生物一样，它也是依靠吸取周围现成的有机物来生存，但并不能固定空气中的氮。根瘤菌可以这样世世代代生活几十年之久，等待着与合适的植物相遇。一旦遇到了好机会，根瘤菌便欣然与土壤的生活环境告别，进入到植物的根里面，使根组织增生，变成瘤状。这时候，根瘤菌便获得了新的奇妙特征——开始固氮。在植物的根瘤中，科学家们已知道是由固氮酶促使形成固氮能力的，但固氮酶非得要在植物和根瘤菌两者共同的合作下才能产生吗？(www.xing528.com)

科学家们渴望知道它的答案。直到20世纪70年代末，前苏联乌克兰科学院植物生理研究所斯塔尔钦科夫以及他的同事，成功地从离体生活的羽扇豆根瘤菌的悬浮培养物中，分离出一种翠白质，他们经过测定后发现，这种蛋白质具有固氮酶的催化活性，后来他们又经过了一系列的研究，根据蛋白质的分子量、沉降系数和非血红素铁的测定结果，证明它类似于从羽扇豆拟菌体中分离出来的固氮酶。于是斯塔尔钦科夫提出，共生固氮的固氮酶并非一定要在细菌与高等植物（通常为豆科植物）的基因相互作用下，才能在拟菌体中形成，而是可以在细菌体内单独产生，这就意味着离体生活的根瘤菌也能固氮。

迄今为止，尽管对植物固氮方面的研究在突飞猛进，日趋深入，但呈现在科学家面前的是更为艰巨的难题，比如我们已掌握根瘤菌固氮过程的某些重要环节，分离出了固氮酶，甚至还清楚地了解了固氮酶的结构，那么是否可以进行更大胆的尝试呢？科学家们试图使禾本科植物自己能吸收大气里的氮，或者至少“教会”它们与根瘤菌共生，但这些尝试目前尚处于最初的探索阶段。