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豆科作物是如何固氮的?
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豆科作物大多具有生物固氮的能力。如果你从田里拔起一棵大豆植株，便会发
现其根土生有很多瘤状的东西，我们称之为根瘤。豆科作物固氮的奥秘就在这里。
我们知道，作物生长需要氮肥。我们周围的空气中含氮气(N2)为78％，只可惜
这些氮都以游离状态存在，作物不 能直接利用它。1886年德国学者H·赫尔利格尔首先
发现豆科作物的根瘤具有同化利用N2的能力，后经进一步研究证实，豆科作物的根瘤确
实相当于一个小型的氮肥加工厂，生活在其中的根瘤菌用不着什么人为的高温、高压和
催化剂便可轻而易举地利用空气中的N2合成氨。它所固定的氮除了供自身生长需要外，
绝大部分分泌到根瘤组织的汁液中，而后转化成作物可利用的含氮有机物供给植物体。
这个过程称为生物固氮。
纵观自然界的生物固氮，大致可分为三种方式，即自生固氮、共生固氮和联合
固氮，豆科作物根瘤菌的固氮方式属于共生固氮。根瘤菌是一种土壤细菌，其单独生存
时并不进 行固氮，当遇到豆科作物的根时，它们便通过根毛侵入到根的组织内部，在那
里大量繁殖，使被侵染处膨大形成根瘤。根瘤菌侵入的初期，它与作物是寄生被寄生关
系，待根瘤长成之后它与作物便成了共生关系。以大豆为例，其成熟植栋中全氮的25%一
66％来自共生固氮，同时植株又给根瘤菌提 供除氮素外的其它营养，互惠互利。根瘤菌
的种类很多，并对其所侵染的植物有专一性，例如，豌豆根瘤菌只能在豌豆、蚕豆的根
部形成根瘸；苜蓿根 瘤菌则只能在紫花苜蓿等作物上形成根瘤。
虽然有些固氮菌本身是好气的，但由于氧气对固氮酶有钝化作用，所以，固氮
过程需要在防氧保护条件下进行。由上式可以看出，将一分子N2还原为2分子的NH3需完
成8个电 子的传递，同时还要伴随高能化合物 Mg++ATP的水解。显 然，固氮过程还要消
耗大量的能量。豆科作物所固定的氮素至少部分地留在土壤中供下茬作物利用，从而很
大程度上缓解了地力的消耗。所以，生产上喜欢种植豆科作物做绿肥。
豆科作物的结瘤量除了受自身的遗传因素影响外，还受很多外界条件的影响；
土壤含水量过高或过低，土壤中氧气、磷、钾、钙、钼的缺乏，光合作用不良等都对结
瘤有不 利影响。另外，土壤含氮量对结瘤也有影响，如大豆等豆科 作物苗期虽也需要
一定量的氮肥，但长大以后，如果再供给 大量的氮肥反而不利于其发挥根瘤的固氮作用
，表现为结瘤少、固氮率低。
据估计，全球的生物固氮作用每年可将1.75亿吨的分子态氮转化为氨，大大超
过了全球的工业固氮量。氮肥无疑是 作物最重要、投资最多的肥料之一，所以，开发利
用生物固氮意义深远。我国从50年代就开始在某些豆科作物(如大豆、花生)上施用根瘤
菌剂以促使其多结根瘤。多中来生物固氮一直是重要的研究课题，科学家还设想让小麦
、玉米等非豆科作物也能长出固氮的根瘤，从而节省一大笔肥料开支。
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