你知道土壤中根瘤菌的作用吗?

当拔起豆科植物,如大豆、紫云英时,大家会发现这些植物的根部有一些小小的颗粒,那些颗粒便是土壤中的根瘤菌和植物共同形成的根瘤。

根瘤菌家族数量庞大,现包括7属36种,一般指的是根瘤菌属和慢生根瘤菌属;两属都属于根瘤菌目。根瘤菌属是1889年由B.弗兰克建立的,包括豌豆根瘤菌、苜蓿根瘤菌和百脉根瘤菌。根瘤菌生活在土壤中,当人们还没有在土壤上种植豆科植物的时候,根瘤菌只能依靠地里的枯枝嫩叶过着默默无闻的腐生生活。一旦土壤里种上了豆科植物,并长出幼苗,根瘤就立即启动搬家的进程,住进豆科植物的根内,同豆科植物的根相结合,形成共生关系。慢生根瘤菌属是D.C.乔丹于1982年从根瘤菌属中分化出来的,属内暂有一种,即曾经称为大豆根瘤菌的大豆慢生根瘤菌。

根瘤菌的搬家,跟豆科植物的主动迎接是分不开的。豆科植物的根毛可以分泌一种特殊的蛋白质,专门“招待”根瘤菌,而且每一种根瘤菌只和一种豆科植物相结合,对其他根瘤菌是不理睬的,好像一把锁对应一把钥匙似的,科学家把这种现象叫做根瘤菌的专一性。根瘤菌聚集到某种豆科植物的根毛表面,就会从根毛钻进根的皮层细胞,同时会分泌出物质,刺激根的皮层细胞不断分裂新细胞,几天后向外鼓起,形成了肉眼可见的小根瘤。根瘤就是根瘤菌的“营房”,也是根瘤菌固定空气中氮素的工作场所。

根瘤菌在豆科植物根瘤中安营扎寨后,就开始形成互助组,相互帮助对方成长,直到豆子成熟。豆科植物通过根部吸收来的水和无机盐及由叶子制造的有机物质,除了满足自身的需要外还会留出一部分送给根瘤菌,作为我们制造氮肥所需的物质和能源,而根瘤菌则发挥自身的特长,依靠“金刚钻”——固氮酶,把空气中的分子态氮加工成氨和氨的化合物。二者配合得很默契,互通有无。这种相互合作的关系,一直到豆子收获才暂告结束。豆科植物收获后,根部开始腐烂,根瘤也随之被破坏,于是,根瘤菌又回到了土壤怀抱中去,来年再种豆科植物时,又重新开始合作。

每个根瘤都是一个小小的氮肥厂。有科学家推算豆科植物的氮肥厂比世界上任何一个氮肥厂的产量都要高得多。地球上每年由根瘤菌固定空气中的氮素相当于26180万吨硫酸铵氮肥提供的氮数量。如果设计年产量为3000吨的合成氨厂来生产这些氮肥,那么就得兴建87266个,可以设想根瘤菌每年为人类节省多少开支!

由于根瘤菌生产氮肥不需要花钱办工厂,也不需要特别的机器和劳动力,只要豆科植物在播种的时候让根瘤菌亲一亲,抱一抱就行。因此,人们利用根瘤菌这种特异功能为作物生产更多的氮肥。据科学家试验,用0.5公斤大豆根瘤菌剂拌5亩地的大豆种子的播种量,大豆可增产12%~18%;用花生根瘤菌拌种,花生可增产10%~26%。

根瘤菌不仅能为植物提供氮肥,也能为土壤增加氮的含量。在一些地区,为了提高土壤肥力,农民大量种植豆科绿肥作物,如紫云英、苜蓿等,根瘤菌与这些绿肥作物共同生长的过程中,会把空气中的氮气转换为能被绿肥作物利用的氮素,固定在植物中,这样每一株作物就是一个微型肥料加工厂,当植物长大后,通过整株还田的方式,氮素全部进入土壤,土壤有机质含量和氮素含量都不断提高,为生产更多的粮食打下了坚实的基础。

根瘤菌

根瘤菌

根瘤菌对比实验

根瘤菌对比实验

 

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