《土壤和环境微生物学》固氮菌

土壤和环境微生物学：固氮菌的重要性

固氮菌是一类能够将空气中的氮气转化为植物可用的氨氮的微生物。这类微生物在土壤中的存在对于植物生长和农业生产有着重要的意义。固氮菌能够通过与植物的共生关系，为植物提供充足的氮源，从而促进植物的生长和发育，提高作物产量，降低农业生产成本。

固氮菌与植物共生的作用机制

固氮菌与植物共生的作用机制主要是通过根瘤菌的根瘤形成来实现的。根瘤形成是植物与根瘤菌共生的重要标志，是由植物根部分泌的一种信号物质触发的。这种信号物质能够引导根瘤菌向植物根部移动，并在根部形成根瘤。根瘤内部存在着一种叫做“根瘤素”的物质，能够促进固氮菌的生长和繁殖，从而使其能够更好地为植物提供氮源。

固氮菌在农业生产中的重要性

固氮菌在农业生产中有着不可替代的重要性。固氮菌能够为植物提供充足的氮源，从而提高作物的产量和质量。固氮菌能够降低农业生产成本，减少对化肥的依赖，有利于环境保护和可持续农业发展。固氮菌还能够改善土壤结构和质量，促进土壤微生物的生长和繁殖，提高土壤肥力和生产力。

用户关心的相关问题

问题一：固氮菌的应用范围是什么？

固氮菌的应用范围非常广泛，可以用于各种农作物的种植，包括谷类、豆类、油料作物、果树等。固氮菌还可以用于草坪、花卉、绿化等方面的种植。

问题二：固氮菌与化肥的比较优劣如何？

固氮菌与化肥相比，具有以下优点：固氮菌能够提供充足的氮源，且对植物生长无害，不会对土壤造成污染；固氮菌能够改善土壤结构和质量，促进土壤微生物的生长和繁殖，有利于土壤保育和生态环境保护；固氮菌的使用成本较低，有利于降低农业生产成本，提高农业生产效益。

问题三：固氮菌的使用方法是什么？

固氮菌的使用方法主要是将其与种子混合，或者将其溶解在水中，浇灌在根部。具体使用方法可以根据不同的作物和生长阶段进行调整。

土壤和环境微生物学：固氮菌相关名词解释

根瘤菌：一类能够与植物共生并形成根瘤的固氮菌，能够将空气中的氮气转化为植物可用的氨氮。

根瘤素：一种存在于根瘤内部的物质，能够促进固氮菌的生长和繁殖，从而使其能够更好地为植物提供氮源。

参考文献：

[1]陈大鹏,**.固氮菌的研究进展[J].生命科学,2024,22(11):1118-1123.

[2]刘亚丽,杨志强,杨海燕.固氮菌在农业生产中的应用[J].中国农学通报,2024,31(19):1-6.

释义拓展：土壤和环境微生物学（陈文新著书籍）

《土壤和环境微生物学》内容简介：微生物对地球物质转化的巨大作用是从研究植物土壤营养这个农业生产的基础因素开始并迅速发展成为“土壤微生物学”这一专门学科的，土壤微生物学的中心问题是研究土壤微生物的生命活动及其对土壤肥力和土地生产力（耕地、草地和林地）影响的科学技术；十分明确地表明它是农业科学的一门分枝学科。土壤微生物学是农科或土地生产学科学生必需学习的课程内容（作为一门独立课程或融合在其它课程之中）。

问答拓展：微生物学理论指导：固氮微生物

自然界中携塌桥只有少数微生物能进行生物固氮作用。据研究，已经确定明显具有生物固氮功能的微生物有细菌、衫穗放线菌和蓝细菌。它们都是原核微生物，分布在50多个属中的200多个种，其中部分种可用作生产固氮菌肥料的菌种。
　　自生固氮微生物：自生固氮微生物在土壤中独立生活，不与植物共生，利用它们自己具有的固氮酶将大气中的分子态氮固定为氨，供作物吸收。它们因对氧气和能源需求特性不一，可分成不同的类型。有的要在有氧环境中生长和固氮，如棕色固氮菌、贝式固氮菌等；有的只在无氧或缺少化合态氮的环境中生长和固氮，如巴斯德梭菌等；有的在无氧中生长固氮，但在有氧辩猛中只生长不固氮，为兼性厌氧微生物，如肺炎克氏杆菌等；还有的要在无氧有光时能固氮，如深红红螺菌等；还有一类仅依靠无机化合物氧化还原提供能量就能固定大气中的氮元素，如氧化亚铁硫杆菌等。
　　自生固氮微生物固氮效率不高，而且只有在不含氮肥的贫瘠土壤中才能固氮。
　　共生固氮微生物有些固氮微生物与其他植物共生，宿主植物向固氮微生物提供生长和固氮所需的能源和碳源等营养物质，固氮微生物向宿主植物提供所需的氮素。最常见的就是与豆科植物共生的根瘤菌。它是目前农业生产中有实际利用价值的固氮微生物。
　　联合固氮微生物某些固氮微生物生活在禾本科植物根部的表面和周围，不形成根瘤菌结构，但可利用植物根分泌的有机酸进行生长固氮，并产生一些植物激素。
　　内生固氮微生物有些固氮微生物生活在其他生物体内，证明也有固氮能力，如在甘蔗体内生长的固氮醋酸杆菌利用甘蔗体内丰富的糖分，经过固氮供甘蔗生长所需要的氮源。

问答拓展：固氮菌的结构功能特性等

固氮菌
编号StrainNumberAS1.222
拉丁学名LatinNameAzotobactersp.
中文菌名ChineseName固氮菌
拉丁别名OtherStrainName
菌株来源History←TheNorthChinaInst.ofAgri.Sci.(defunct)No.8011
分离基物Habitat
用途UsageThestrainus**forproductionofbacterialfertilizer
培养温度Temperature25-28C
培养基M**iaNumber3
在与植物共生的情况下才能固氮或才能有效地固氮，固氮产物氨可直接为共生体提供氮源。共生固氮效率比自生固氮体系高数十倍。主要有根瘤菌属（Rhizobium）的细菌与豆科植物共生形成的根瘤共生体，弗氏菌属（Frankia）与非豆科植物共生形成的根瘤共生体；某些蓝细菌与植物共生形成的共生体，如念珠藻或鱼腥藻与**子植物苏铁共生形成苏铁共生体，红萍与鱼腥藻形成的红萍共生体等。在实验条件下培养自生固氮菌，培养基中只需加入碳源（如蔗糖、葡萄糖）和少量无机盐，不需加入氮源，固氮菌可直接利用空气中的氮（N2）作为氮素营养；如培养根瘤菌，则需加入氮素营养，因为根瘤菌等共生固氮菌，只有与相应的植物共生时，才能利用分子态氮（N2）进行固氮作用。
用正丁醇诱导固氮菌孢囊形成5d,维氏固氮菌(Azotobactervinelandii)有98%的细胞形成孢囊,圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcus)有91%的细胞形成孢囊.固氮菌孢囊为球形或卵圆形,直径1.2～1.5μm.其结构可明显分辨成三部分:中心体,内壁层和外壁层.成熟孢囊的中心体内含有聚β-羟基丁酸盐颗粒.内壁层密度小而宽,外壁层为紧密多层膜片状结构
固氮菌(Azotobacterspp.)是生物固氮的重要微生物资源,在迟和自然界的氮素循码败盯环中具有重要枯答作用.国内也有将固氮菌制成微生物菌剂应用于种植业,以期提高土壤的有效氮素,增加粮食产量.固氮菌在常规无氮培养基上一般不形成休眠体,其营养细胞较大[1],钝杆状,不耐干燥,较易死亡

问答拓展：什么是固氮菌

固氮菌-简述固氮菌氮是植物生长不可缺少的“维生素”，是合成蛋白质的主要来源。固氮菌擅长空中取氮，它们能把空气中山宏植物无法吸收的氮气转化成氮肥，源源不断地供植物享用。
本科细菌菌体杆状，卵圆或球形,无内生芽孢；革兰氏染色阴性（有时阴、阳性两可）；严格好氧性，有机营养型细菌，能利用简单糖类为碳源和能源，有的能利用淀粉，但不能利用纤维素。能固定空气中的氮素,在培养条件下，每消耗1克碳水化合物约能固定10毫克氮素，固氮效能虽不及共生的根瘤菌，但因其分布广，在自然界的氮素转化中仍具重要意义。固氮菌肥料多由固氮菌属的成员制成。
本科细菌一般生活于土壤或水中，在各类耕作土壤中数量较多，组成种类也不同。有些固氮菌生长在作物的根际，有些生长在植物的叶面。
固氮菌-特性
在无氮培养、温度18~40℃时,菌株均能生长且有固氮酶活性,其最适生长及固氮的温度为26~37℃;在偏酸(pH值5.0)和偏碱(pH值8.0)的条件下,菌株均能保持较强的生长势和较高的固氮酶活性,并能通过调节自身代谢适应环境的酸、碱变化,使培养液趋近中性;培养液中NaCl浓度在0.5~2.5g.L-1、(NH4)2SO4浓度在0.05~0.50g.L-1时,菌株均能保持旺盛生长且有较高的固氮酶活性。
固氮菌-发展固氮菌1901年，M.W.拜耶林克首先发现并描述了这类细菌，他定名的有2个种：一是褐色固氮菌,常生存于中性或碱性土壤中；一是活泼固氮菌，常生存于水中。后来，各国学者相继分离出许多不同的菌株。1938年，C.H.维诺格拉茨基将生产孢囊的菌株（以褐色固氮菌为代表）归属于固氮菌属，将不产生孢囊的菌株（以活泼固氮菌为代表）归属于氮单孢菌属。1950年，H.G.德克斯提出建立拜耶林克氏菌属，其主要特征是细胞两端有折光性颗扰州粒（类脂质）。1960年，H.L.延森等提出建立德克斯氏菌属，包括生长在热带酸性土壤中的种类。
固氮菌-用途固氮菌在形形**的固氮菌中，名声最大的要数根瘤菌了。根瘤菌平常生活在土壤中，以动植物残体为养料，自由自在地过着“腐生生活”。当土壤中有相应的豆科植物生长时，根瘤菌便迅速向它的根部靠拢，并从根毛弯曲处进入根部。豆科植物的根部细胞在根瘤菌的**下加速**、膨大，形成了大大小小逗李册的“瘤子”，为根瘤菌提供了理想的活动场所，同时还供应丰富的养料，让根瘤菌生长繁殖。根瘤菌又会卖力地从空气中吸收氮气，为豆科植物制作“氮餐”，使它们枝繁叶茂，欣欣向荣。这样，根瘤菌与豆科植物结成了共生关系，因此人们也把根瘤叫共生固氮菌。根瘤菌生产的氮肥不仅可以满足豆科植物的需要，而且还能分出一些来帮助“远亲近邻”，储存一部分留给“晚辈”，所以中国历来有种豆肥田的习惯。
还有一些固氮菌，比如圆褐固氮菌，它们不住在植物体内，能自己从空气中吸收氮气，繁殖后代，死后将遗体“捐赠”给植物，使植物得到大量氮肥。这类固氮菌叫自生固氮菌。
固氮菌固氮菌肥料是利用固氮微生物将大气中的分子态氮气转化为农作物能利用的氨，进而为其提供合成蛋白质所必需的氮素营养的肥料。微生物自生或与植物共生，将大气中的分子态氮气转化为农作物可吸收的氨的过程，称为生物固氮。生物固氮是在极其温和的常温常压条件下进行的生物化学反应，不需要化肥生产中的高温、高压和催化剂，生物固氮是最便宜、最干净、效率最高的施肥过程。固氮菌肥料是最理想的、最有发展前途的肥料。
目前固氮菌肥料的生产基本上采用液体发酵的方法。产品可分液体菌剂和固体菌剂。从发酵罐发酵结束后及时分装即成液体菌剂，发酵好的液体再用灭菌的草炭等载体吸附剂进行吸附即成固体菌剂。固氮菌肥料是含有大量好气性自身固氮菌的微生物肥料。自身固氮菌不与高等植物共生，没有寄主选择，而是独立生存于土壤中，利用土壤中的有机质或根系分泌的有机物作碳源来固定空气中的氮素，或直接利用土壤中的无机氮化合物。固氮菌在土壤中分布很广，其分布主要受土壤中有机质含量、酸碱度、土壤湿度、土壤熟化程度及速效磷、钾、钙含量的影响。
固氮菌肥对棉花、水稻、小麦、花生、油菜、玉米、高粱、马铃薯、烟草、甘蔗以及各固氮菌肥料是含有大量好气性自身固氮菌的微生物肥料。自身固氮菌不与高等植物共生，没有寄主选择，而是独立生存于土壤中，利用土壤中的有机质或根系分泌的有机物作碳源来固定空气中的氮素，或直接利用土壤中的无机氮化合物。固氮菌在土壤中分布很广，其分布主要受土壤中有机质含量、酸碱度、土壤湿度、土壤熟化程度及速效磷、钾、钙含量的影响。固氮菌肥料是含有大量好气性自身固氮菌的微生物肥料。自身固氮菌不与高等植物共生，没有寄主选择，而是独立生存于土壤中，利用土壤中的有机质或根系分泌的有机物作碳源来固定空气中的氮素，或直接利用土壤中的无机氮化合物。固氮菌在土壤中分布很广，其分布主要受土壤中有机质含量、酸碱度、土壤湿度、土壤熟化程度及速效磷、钾、钙含量的影响。固氮菌肥对棉花、水稻、小麦、花生、油菜、玉米、高粱、马铃薯、烟草、甘蔗以及各种蔬菜都有一定增产作用。