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豆科植物為什么能固氮?

2019-11-26

           豆科植物           

豆科植物為雙子葉植物, 是被子植物中繼菊科和蘭科之后的第三大科,分為含羞草亞科、蘇木亞科( 云實(shí)亞科)和蝶形花亞科, 被定為世界廣布科, 或稱(chēng)亞世界分布科,我國(guó)的豆科植物約有33族169屬1518種。

豆科植物中的含羞草亞科、云實(shí)亞科和蝶形花亞科的結(jié)瘤率有很大差異, 分別為90.4%、28.2%和98.7%。

通過(guò)對(duì)貴州省豆科植物結(jié)瘤固氮資源的調(diào)查,共采集根瘤標(biāo)本242份,分屬豆科植物42屬103種及變種,其中蝶形花亞科、含羞草亞科、云實(shí)亞科植物的結(jié)瘤率分別為95%,75%和5%;采集的根瘤中,96%生于寄主的側(cè)根,形狀以球形、長(zhǎng)柱形為主,顏色多為白色、褐色.對(duì)分離純化的55株根瘤菌進(jìn)行了回接試驗(yàn),回接結(jié)瘤率為33%.生態(tài)條件是影響根瘤的大小、數(shù)量以及有效性的原因之一.


空氣中的氮含量接近80%,為什么植物還需要施加氮肥呢?

空氣中的氮?dú)鉃橛坞x態(tài)氮,并不能直接為植物體所吸收,施加的氮肥都是通過(guò)施加銨態(tài)氮促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。

所以豆科植物是怎樣通過(guò)自身固氮的呢?

豆科植物固氮主要是根部吸附土壤中的根瘤菌,根瘤菌將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮或者是直接吸收土壤中的氮,是一種節(jié)約能耗的固氮方式。

  生物 固氮 

生物固氮括自身固氮和共生固氮。

自生固氮是指某些微生物能夠獨(dú)立地完成固定大氣中的分子氮的作用,自生固氮菌在滿(mǎn)足了自身的氮素需要后就不再進(jìn)行固氮作用,多余的氮會(huì)反過(guò)來(lái)影響他們的固氮系統(tǒng),因此這種固氮方式效率低下,固氮量有限。共生固氮是指固氮微生物和宿主植物生活在一起,從宿主獲得養(yǎng)分,與寄主共同完成固氮作用,這種固氮量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自生固氮,是天然的氮肥制造工廠。豆科植物與根瘤菌的固氮方式是典型的共生固氮,其固氮量占生物固氮總量的 65 %。

  根瘤菌  

豆科植物對(duì)應(yīng)的根瘤菌也不是專(zhuān)一的,有些根瘤菌具有非常廣泛的宿主范圍,即“廣譜共生”現(xiàn)象,例如,中國(guó)海南省的山螞蝗等 12 屬植物的根瘤菌為同一個(gè)種。同一種豆科植物同樣可被不同的根瘤菌屬種侵入,例如中國(guó)的大豆可與 3 屬 7 種根瘤菌正常結(jié)瘤固氮。

根瘤菌不僅能為植物提供氮肥,也能為土壤增加氮的含量。在一些地區(qū),為了提高土壤肥力,農(nóng)民大量種植豆科綠肥作物,如紫云英、苜蓿等,根瘤菌與這些綠肥作物共同生長(zhǎng)的過(guò)程中,會(huì)把空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)換為能被綠肥作物利用的氮素,固定在植物中,這樣每一株作物就是一個(gè)微型肥料加工廠,當(dāng)植物長(zhǎng)大后,通過(guò)整株還田的方式,氮素全部進(jìn)入土壤,土壤有機(jī)質(zhì)含量和氮素含量都不斷提高,為生產(chǎn)更多的糧食打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本期作者

工學(xué)院     王利媛







非豆科固氮植物有哪些?對(duì)重金屬有抗性,在廠礦區(qū)栽植的最佳答案由提問(wèn)者推薦匿名用戶(hù)1、榿木,榿木根系發(fā)達(dá),具有根瘤或菌根,為非豆科固氮樹(shù)種,固氮能力強(qiáng),能固沙保土,增加土壤肥力,是理想的生態(tài)防護(hù)林和混交林樹(shù)種,榿木喜水濕,多生于河灘,溪溝兩邊及低濕地,是河岸護(hù)堤和水濕地區(qū)重要造林樹(shù)種,適應(yīng)性強(qiáng),耐瘠薄,生長(zhǎng)迅速,是理想的荒山綠化樹(shù)種。
2、沙棘,沙棘是在干旱地區(qū)少數(shù)具有固氮能力的木本植物。沙棘雖然不是豆科植物,但也與某些固氮菌共生,這些固氮菌在沙棘的根系上生長(zhǎng),形成根瘤。這種特性,對(duì)于沙棘在惡劣境地生存具有重要的生態(tài)學(xué)意義。除豆科植物的根瘤菌外,還有牧草和其他禾科作物根部的固氮螺旋桿菌、一些原核低等植物——固氮藍(lán)藻、自生固氮菌體內(nèi)都含有固氮酶,這些酶有固氮作用。這一類(lèi)屬自然固氮的生物固氮。
共生固氮微生物可以分為兩類(lèi):一類(lèi)是與豆科植物互利共生的根瘤菌,以及與榿木屬、楊梅屬和沙棘屬等非豆科植物共生的弗蘭克氏放線菌;另一類(lèi)是與紅萍(又叫做滿(mǎn)江紅)等水生蕨類(lèi)植物或羅漢松等裸子植物共生的藍(lán)藻。由藍(lán)藻和某些真菌形成的地衣也屬于這一類(lèi)。
  有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等,能夠生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根內(nèi)的皮層細(xì)胞之間。這些固氮微生物和共生的植物之間具有一定的專(zhuān)一性,但是不形成根瘤那樣的特殊結(jié)構(gòu)。這些微生物還能夠自行固氮,它們的固氮特點(diǎn)介于自生固氮和共生固氮之間,這種固氮形式叫做聯(lián)合固氮。

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