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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( 云實亞科)和蝶形花亞科, 被定為世界廣布科, 或稱亞世界分布科,我國的豆科植物約有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%。

通過對貴州省豆科植物結(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、長柱形為主,顏色多為白色、褐色.對分離純化的55株根瘤菌進行了回接試驗,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?

空氣中的氮氣為游離態(tài)氮,并不能直接為植物體所吸收,施加的氮肥都是通過施加銨態(tài)氮促進植物的生長。

所以豆科植物是怎樣通過自身固氮的呢?

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立地完成固定大氣中的分子氮的作用,自生固氮菌在滿足了自身的氮素需要后就不再進行固氮作用,多余的氮會反過來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  

豆科植物對應(yīng)的根瘤菌也不是專一的,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,中國海南省的山螞蝗等 12 屬植物的根瘤菌為同一個種。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的過程中,會把空氣中的氮氣轉(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微型肥料加工廠,當(dāng)植物長大后,通過整株還田的方式,氮素全部進入土壤,土壤有機質(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實的基礎(chǔ)。

本期作者

工學(xué)院     王利媛







非豆科固氮植物有哪些?對重金屬有抗性,在廠礦區(qū)栽植的最佳答案由提問者推薦匿名用戶1、榿木,榿木根系發(fā)達(dá),具有根瘤或菌根,為非豆科固氮樹種,固氮能力強,能固沙保土,增加土壤肥力,是理想的生態(tài)防護林和混交林樹種,榿木喜水濕,多生于河灘,溪溝兩邊及低濕地,是河岸護堤和水濕地區(qū)重要造林樹種,適應(yīng)性強,耐瘠薄,生長迅速,是理想的荒山綠化樹種。
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,形成根瘤。這種特性,對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。這一類屬自然固氮的生物固氮。
共生固氮微生物可以分為兩類:一類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;另一類是與紅萍(又叫做滿江紅)等水生蕨類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。
  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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