分析大豆是如何利用土壤中的氮素营养

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　　撒在土壤中的有机肥料和化肥中含有氮。具有固氮能力的微生物将生物固定，产生氮。

　　天上的雨水和平时灌溉的水中含有氮。种植的大豆可以吸收土壤中大量的氮营养。

　　改善土壤中的氮含量，可利用矿源黄腐酸钾激活土壤，促进土壤中的营养，使作物获得更多的营养，茁壮成长。

好文探索：【科技日报】百年难题终破解 豆科植物化氮气为氮肥原来靠它

　　氮作为生命体的基本组成元素，参与着植物的生长发育、物质合成与代谢等一系列生物学过程。一百多年来，“为什么豆科植物能与根瘤菌共生固氮”的问题一直困扰着该领域的研究者。

　　在豆科植物—根瘤菌共生中，豆科植物为根瘤菌提供合适的固氮环境及生长所必需的碳水化合物。作为回报，根瘤菌将氮气转变成含氮化合物，满足豆科植物对氮元素的需求。另外，固定的氮元素也会释放到土壤中，被其他植物利用。

　　有趣的是，能够与固氮细菌进行共生固氮的物种只分布于豆目、蔷薇目、葫芦目和壳斗目中，其中以豆科植物—根瘤菌共生固氮研究较多。王二涛团队经多年研究发现，在豆科植物进化过程中，豆科植物干细胞关键基因SCR在皮层细胞表达，另一个干细胞关键转录因子SHR在维管束表达后移动到皮层细胞，这样豆科植物的皮层细胞获得了SHR-SCR干细胞分子模块。

　　该干细胞分子模块赋予豆科植物皮层细胞**能力，使豆科植物的皮层与非豆科植物不同。同时，该干细胞分子模块能够被根瘤菌的信号激活，诱导豆科植物苜蓿的皮层**，形成根瘤。

　　SHR-SCR分子模块在豆科植物苜蓿根中的过量表达，可以诱导皮层细胞**形成根瘤样结构。在非豆科植物拟南芥和水稻根中异位过量表达SHR-SCR分子模块同样可以诱导根皮层细胞**，因此SHR-SCR分子模块是植物皮层细胞**的充分必要条件，表明豆科植物的皮层细胞获得SHR-SCR干细胞程序模块，可能是豆科植物共生结瘤固氮的前提事件。

　　空气中氮元素丰富，但植物不能直接利用。近年来，农业生产为提高作物产量而大量施用氮肥，不但影响全球气候变化，也导致水体富营养化严重。

　　在某些氮元素稀少的环境中，比如岩质的贫瘠地形，植物通过与固氮菌相互作用来获取生长所需的氮。科学家对于“植物固氮”很感兴趣，因为这对于减少化学肥料应用和能源消耗都有意义。

　　植物固氮离不开一种叫做“根瘤菌”的细菌，这种细菌与植物的关系是谁也离不开谁的共生关系。氮在空气中非常充足，但它是“懒惰”的，植物无法直接利用空气中的“氮”，于是这个重任就交给根瘤菌了。

　　根瘤菌在植物根系形成根瘤固氮“工厂”，将空气中的氮转化成可以利用的含氮肥料，进一步深加工成蛋白质。植物根系中的细菌通过固氮作用将空气中的氮元素转化成植物可用的形式并固定在其根部。

　　许多研究已经证实固氮作用通常发生在微生物**的豆科植物根瘤中，比如大豆、三叶草、苜蓿和羽扇豆。一直以来，我们都认为只有配备了根瘤这种独特装备的植物才能从细菌—植物共生关系中获益，固氮植物一般是豆科植物。

　　但美国华盛顿大学科学家团队研究发现，生长在贫瘠岩石地面上的杨树也可以利用那些寄生在其树枝内细菌提供的养分维持生长。他们的研究证明，固氮作用同样可以发生在树枝上，这一过程并不需要根瘤的参与。

精选问答：

　　1、大豆根瘤菌固氮原理？

　　根瘤菌一般是与豆科的植物是共同生存的，根瘤菌在生活的过程中会分泌一些有机的痰到土壤中，因此是会将土壤的肥力大大提高的，

　　根瘤菌会让大豆或者是花生正常，对于豆类的农作物来说，好处是非常多的，大家都知道土壤中如果含有有机痰的话，是会让植物生长的是非常旺盛的。 根瘤菌中的钼铁红蛋白催化氮气还原为氨气。

　　 接着，氨气与根瘤菌内的酸性物质反应，生成铵盐。 然后，铵盐在根瘤菌内一系列氨基划酶的作用下变成有机胺，例如氨基酸然后，侵染植物根皮层的根瘤菌的一部分有机胺和无机铵释放，被植物利用。

　　虽然空气成分中约有80%的氮，但一般植物无法直接利用，花生、大豆、苜蓿等豆科植物，通过与根瘤菌的共生固氮作用，才可以把空气中的分子态氮转变为植物可以利用的氨态氮。

　　在种子发芽生根后，根瘤菌从根毛入侵根部，在一定条件下，形成具有固氮能力的根瘤，在固氮酶的作用下，根瘤中的类菌体将分子态氮转化为氨态氮，与此同时，每个根瘤就是一座微型氮肥厂，源源不断地把氮输送给植株利用。

　　豆科作物周围的土著根瘤菌数量很少，难以满足作物生长的需要。 世界上的豆科作物都需要人工接种根瘤菌剂，根瘤菌剂给农作物生产的氮肥不会有环境污染，不需长途运输，使用过程中没有氮流失，而人工施用化学氮肥流失率往往大于50%。

　　当豆科作物萌发并长出根毛后，根瘤菌受根毛分泌的凝集素的**和吸引，大量**在根际和根表上。 根毛与根瘤菌接触后，

　　细胞壁变软，发生根毛卷曲，

　　细胞壁内陷，根瘤菌随之侵入根毛，直至根的皮层，根瘤菌在皮层大量繁殖并转变为类菌体，此时根部皮层大量增生，形成瘤状组织，最后突出根部形成根瘤，当有效根瘤的剖面呈粉红色时，说明根瘤进入成熟阶段，开始固氮，并

　　2、大豆根瘤固氮是什么？

　　根瘤固氮作用需要一定的条件，其中许多条件是由大豆植株提供的，这些条件是：（1）大豆根瘤菌固氮需要大豆植株提供形成固氮酶所需的Mo和Fe。

　　（2）根瘤固氮需要由大豆植株提供碳水化合物及其代谢产物作为氨的受体。据研究，固氮1h后15N大多数分布在谷氨酸中，其次是丝氨酸、苏氨酸或天冬酰胺和氨中。

　　（3）根瘤菌固氮需要光合产物及能量。用14C所做的试验证明，当光合产物的14C向根瘤菌输送的数量减少时，大豆根瘤的固氮能力减弱。光合产物有助于分子态氮的还原，同时也为固氮作用提供能量。据测定，每产生1mol的NH3大约需要15mol的ATP，而ATP则是在光合磷酸化和氧化磷酸化的过程中形成的。根瘤菌每固定1g氮需要氧化15～20g碳水化合物。

　　（4）根瘤固氮需要豆血红蛋白起氧的调节作用，这就要求大豆植株提供形成豆血红蛋白所需要的Fe。根瘤固氮过程中只需要供应少量的氧，而固氮酶是完全嫌气的。豆血红蛋白可使低浓度的氧向类菌体中扩散，从而促进氧化磷酸化作用生成ATP，为固氮作用提供能量。

　　（5）根瘤固氮作用需要由大豆植株提供充足的磷和钾。充足的磷有助于ATP的合成。足够的钾能促进大豆叶片中的光合产物向根瘤中输送。

　　（6）根瘤固氮要求大豆植株的氮营养水平不宜过高，因为氮营养水平过高势必消耗较多的碳水化合物，于是运入根瘤中的碳水化合物就会减少，从而使根瘤的数量减少，体积变小，固氮能力减弱。有的资料甚至认为，大豆植株的氮营养过高会抑制大豆根瘤菌固氮酶的活性，减少大豆主根上的有效根瘤菌数，因而固氮能力明显下降。

　　由此可见，大豆与根瘤菌结成微妙的共生相互关系，它们之间的代谢过程也是紧密相连的。大豆的施肥措施中有许多是为了调节大豆植株的代谢过程，使之促进根瘤菌的固氮作用，反过来再进一步改善大豆的氮营养条件，最终增加大豆的产量，改进大豆的品质。所以，根瘤菌的固氮作用与大豆的营养状况密切相关，是相辅相成的。

　　除大豆植株的内部因素之外，大豆生长的土壤条件对根瘤菌的固氮作用也有影响。大豆生长的环境酸度范围是pH3.9～9.6，结瘤的环境酸度范围只限于pH4.6～8.0，最适pH5.7～7.1，近于中性的环境最适合大豆结瘤。

　　pH对大豆结瘤的影响