非豆科植物固氮
生物固氮在农业生产上的应用
生物固氮在农业生产上的应用生物固氮简介生物固氮在农业生产中具有十分重要的作用。
氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素，土壤每年因此要失去大量的氮素。
如果土壤每年得不到足够的氮素以弥补损失，土壤的含氮量就会下降。
土壤可以通过两条途径获得氮素：一条是含氮肥料（包括氮素化肥和各种农家肥料）的施用；另一条是生物固氮。
生物固氮拌种对豆科作物进行根瘤菌拌种，是提高豆科作物产量的一项有效措施。
播种前拌种将豆科作物的种子沾上与该种豆科作物相适应的根瘤菌，这显然有利于该种豆科作物结瘤固氮。
特别是新开垦的农田和未种植过豆科作物的土壤中，根瘤菌很少，并且常常不能使豆科作物结瘤固氮，更需要进行根瘤菌拌种。
对比实验表明，在其他条件相同的情况下，经过根瘤菌拌种的豆科作物，可以增产10%～20%。
生物固氮做绿肥用豆科植物做绿肥，例如将田箐、苜蓿或紫云英等的新鲜植物直接耕埋或堆沤后施用到农田中，可以明显增加土壤中氮的含量。
科学家统计过，如果用新鲜的豆科植物饲养家畜，再将家畜的粪便还田，则既可以使土壤肥沃，又可以获得更多的粮食和畜产品。
本世纪初以来全球农作物单位面积产量不断增长，在一定程度上依赖于氮素化肥的施用量不断增加。
农作物依赖于施用氮素化肥所获得的增产实际上是以消耗能源和污染环境为代价所取得的。
在大气中氮气含量接近80%，但这种氮气并不能直接为高等植物吸收利用。
人类自从发现豆科植物与根瘤菌共生结瘤固氮现象以来对生物固氮研究已有112年之久，中国对生物的共生固氮现象也进行了长达62年的探索性研究。
然而，关于生物固氮，特别是非豆科农作物的生物固氮，还有许多问题有待于进一步研究。
目前，生物固氮研究已经被列为“国际生物学计划”中的重点研究内容，各国政府都将其视为重点科技攻关项目。
通过适当方式将生物固氮机制引入到非豆科农作物中，进而建立起非豆科农作物固氮新体系，这是农业科学研究中一项富有挑战性的研究课题。
这不仅引起了农业科学家的极大兴趣，而且也受到了全社会各阶层有识之士的广泛关注。
梁岩:探秘非豆科植物固氮的信使
梁岩：探秘非豆科植物固氮的信使徐静休;缪静【期刊名称】《今日科技》【年(卷),期】2017(0)4【摘要】一头干练短发,一副玫红色眼镜,一袭半身长裙,外套一件条纹白色长衫,如果手里再捧几本书,俨然就是哪个文科院系的文艺青年,很难将她与生物固氮、固氮基因、钼铁蛋白等这些深奥难懂的科学名词联系在一起。
然而,她恰恰是一位从事生物固氮前沿领域研究的青年科学家。
在省杰青基金的助力下,她在这一领域的研究不断深入,去年又顺利获得了国家优秀青年基金项目资助,她就是浙江大学生物技术研究所研究员、博导梁岩。
是见到梁岩的人,第一个疑问必然是,如此漂亮的女士为何会走进实验室,和这么深奥的生物科学打起了交道?这和她的性格与爱好有关。
出生自哈尔滨的梁岩,从小就独立自主。
一直对生物学心怀好奇的她,大学时便选择了与植物相关的专业。
从本科一直到博士后,从东北农业大学、浙大、佛蒙特大学、中科院到密苏里大学,她在这个领域中一步步钻研,最终走到了顶端。
“我觉得从事科研不需要特别聪明,但一定要特别坚持,逻辑性要比较强。
”梁岩深有体会地说。
【总页数】2页(P16-17)【作者】徐静休;缪静【作者单位】【正文语种】中文【相关文献】1.非豆科植物固氮系统研究进展 [J], 于新宁2.非豆科植物固氮会议述评 [J], 聂延富3.非豆科植物固氮研究概况 [J], 孙建光;陈婉华4.非豆科植物固氮菌-Frankia的基因组研究进展 [J], 王树凤;陈益泰5.固氮细菌找到新伙伴——研究人员已使固氮根瘤菌在水稻等非豆科植物上形成根瘤 [J], 荆玉祥因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
固氮的方法-概述说明以及解释
固氮的方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述固氮是指将氮气(N2)转化为可被植物吸收利用的氮化合物的过程，是土壤中氮循环的重要环节之一。
氮素是植物生长的关键营养元素之一，但大部分植物无法直接利用大气中的氮气。
因此，固氮对于植物的生长发育和土壤生态系统的健康至关重要。
固氮的方法主要可以分为生物固氮和非生物固氮两大类。
生物固氮是指通过植物与一些特定的菌株或微生物共生来实现。
这些共生菌株能够将空气中的氮气转化为植物可吸收的氮化合物，主要包括根瘤菌和蓝藻等。
非生物固氮则是利用化学反应或物理方法将氮气转化为其他可被植物利用的化合物。
本文将介绍三种主要的固氮方法及其相关内容。
方法一是通过选择适宜的菌株并在合适的培养条件下培养它们，通过评估固氮效率并优化培养策略来实现固氮。
方法二是通过与植物的共生菌株形成根瘤，在根瘤中固氮，通过营养管理来促进植物的生长和固氮效果。
方法三是利用化学反应，选择合适的催化剂和反应条件来实现固氮。
通过比较这三种方法的优劣和应用前景，可以为解决氮肥过度使用和农业可持续发展提供指导和借鉴。
不过，每种固氮方法都存在一定的局限性，如生物固氮受环境因素影响较大，非生物固氮的能源消耗较大等。
因此，在应用固氮方法时需要结合具体情况和需求，选择适合的方法来提高固氮效率，促进农业可持续发展。
1.2文章结构文章结构部分是对整篇文章的组织和安排进行说明。
下面是对文章结构部分的内容的一个示例：1.2 文章结构本文共分为引言、正文和结论三个主要部分。
其中，引言部分对固氮的概述、文章的结构和目的进行介绍，为读者提供了文章的背景和整体框架。
正文部分包括三个方法：方法一、方法二和方法三，分别介绍了不同的固氮方法。
方法一详细介绍了菌株选择、培养条件、固氮效率评估和优化策略。
方法二则讲解了植物共生菌株的选择、根瘤形成、固氮效果评估以及营养管理等方面的内容。
方法三则涉及了化学固氮的原理、催化剂选择、反应条件以及环境影响等相关内容。
植物的固氮作用
植物的固氮作用是一种重要的生物学过程，它指的是植物通过某种机制固定大气中的氮气，将其转化为氮肥，从而为植物的生长和发育提供必要的营养。
这种机制对于植物的生存和繁衍具有重要意义。
首先，我们需要了解氮在植物生长和发育过程中的重要作用。
氮是植物体内许多重要化合物如蛋白质、叶绿素、核酸和酶等的构成成分。
缺乏氮会导致植物生长缓慢、叶色枯黄、植株矮小、产量下降等问题。
因此，固氮作用为植物提供了必要的氮源，使其能够更好地生长和发育。
那么，植物是如何进行固氮的呢？一种常见的固氮机制是根瘤菌固氮。
根瘤菌是一种能与豆科植物共生并为其提供氮肥的细菌。
在共生关系中，根瘤菌将大气中的氮气转化为氨，从而为植物提供氮源。
这种机制对于豆科植物的生长和产量具有重要意义。
此外，一些非豆科植物如甘蓝、玉米等也能通过与土壤中的固氮菌共生来获得氮源。
固氮作用对于生态系统的平衡和稳定也具有重要意义。
氮是许多生物体和微生物生长所必需的营养元素之一。
因此，氮的供应对于生态系统的稳定和平衡至关重要。
通过固氮作用，植物能够为其他生物提供必要的氮源，促进生态系统的多样性和稳定性。
然而，固氮作用也面临一些挑战和限制。
首先，固氮作用需要特定的环境条件和共生关系，这使得某些植物或细菌更容易进行固氮。
其次，固氮作用需要消耗能量，这可能会对植物的生长和发育产生负面影响。
此外，一些植物或细菌可能无法有效地利用大气中的氮气，从而导致氮的浪费或流失。
为了应对这些挑战和限制，科学家们正在研究各种方法和技术来提高固氮效率。
例如，利用基因工程技术将固氮基因转移到其他植物或微生物中，以促进其固氮能力；利用微生物肥料或生物工程技术生产氮肥；利用环境友好型物质或方法促进固氮微生物的生长和繁殖等。
这些研究和技术有望为农业生产提供更加可持续和高效的解决方案。
总之，植物的固氮作用对于植物的生长和发育具有重要意义，并为生态系统提供了必要的氮源。
然而，固氮作用面临着一些挑战和限制，需要进一步的研究和技术创新来提高其效率和可持续性。
非豆科植物固氮系统研究进展
非豆科植物固氮系统研究进展摘要生物固氮是地球上最大规模的氮肥生产工厂，其中豆科植物和根瘤菌的共生结瘤固氮已为人们所熟知。
非豆科植物与与之共生的微生物组成的两大类固氮系统，一是共生结瘤固氮系统，分别由非豆科木本双子叶植物与弗氏放线菌、非豆科双子叶植物与根瘤菌、裸子植物与细菌组成；二是联合固氮系统，分别由单子叶植物与联合固氮菌、非豆科木本双子叶植物与联合固氮菌组成，它们都是陆地生态系统中的重要供氮者。
关键词非豆科植物；双子叶植物；单子叶植物；裸子植物；共生固氮；联合固氮生物固氮在氮气的同化中具有巨大的作用。
在自然生态系统中生物固氮有3种方式，其中关于豆科植物与根瘤菌的共生固氮早已引起人们的重视，国内外已进行了大量的研究，关于其研究进展也有较多的报道。
与豆科植物的共生固氮相比，对非豆科植物的固氮研究却少得多。
笔者着重阐述非豆科植物与与之共生的微生物组成的共生固氮系统和联合固氮系统，它们在自然界的森林生态系统和农业生态系统中占据了重要的地位。
1共生结瘤固氮系统1.1非豆科双子叶树木与弗氏放线菌共生结瘤固氮系统关于非豆科植物的结瘤固氮研究，现在研究最多的还是非豆科树木-弗氏放线菌共生固氮系统。
1978年Callaham等人首先从香蕨木根瘤中分离到内生的弗氏菌，并纯培养成功[1]，从而促进了非豆科树木结瘤固氮研究领域的发展。
1988年以后开始用分子生物学技术进行研究。
共生固氮放线菌有其特定的寄主范围。
迄今为止发现至少有8个科24个属和223种木本植物可以与固氮放线菌共生，国内已报道5个科、6个属、46种植物[2]。
弗兰克氏菌比根瘤菌更易生长，而且固氮酶活性高，固氮持续时间长，可与木本双子叶植物共生固氮，因此把这类植物称为放线菌结瘤植物。
放线菌结瘤固氮植物分布广，适应性强，在各种生态条件下都能生长。
主要分布在南温带和北温带地区，有些植物也延伸到亚热带和热带地区。
从江河、沼泽地区的潮湿生境，到沙丘、沙漠的干旱环境均有分布，从沿海地区到高海拔地区都有存在。
植物固氮研究与应用现状
植物固氮研究与应用现状氮是生命的必需元素，对于植物生长至关重要。
但是，空气中的氮是一种不可利用的氮气（N2）形式，无法直接被植物吸收。
植物固氮是指一些特定的细菌通过一些生物过程将氮气转化成植物可以利用的氮形式，从而提供植物所需的氮元素。
因此，植物固氮研究与应用对于丰富农业资源、提高农作物产量、促进可持续农业发展具有重要意义。
目前，固氮效率较高的植物主要有豆科植物和蓝藻植物。
豆科植物种子表皮中的根瘤菌可以利用大气中的氮气产生氨，以供植物吸收。
而蓝藻通过固氮作用，将氮固定到土壤中，使得氮素得到利用。
因此，众多豆科植物如大豆、豌豆、四季豆等经常作为农田轮作、绿肥、饲料种植。
在农业生产中，通过增加种植豆科植物的比例，可以降低农田施氮量，从而减少氮肥对环境的污染。
进一步研究铜藻、青毛藻、锯齿藻等蓝藻植物，在土壤增加合适的根瘤菌，也是提高植物固氮效率的途径。
这种方法的优点是能够对各种类型的土壤，尤其是沙土、红壤等特殊土地进行有效地固氮，提高农作物产量。
近年来，科学家们也在探索非豆科植物的固氮能力。
比如，从农田集菌石中分离的微生物可以促进水稻吸收大气中的氮气。
另外，一些植物也有内生可固氮细菌，比如黑麦草。
科学家利用遗传改良技术培育出高固氮、高产草种，为养殖业提供了优质饲料资源。
这些尝试都为植物固氮提供了新的思路和途径。
同时，不同的植物固氮机理也在逐渐被研究清楚。
比如，固氮转录因子的发现，促进了植物吸收和利用氮源的过程。
在此基础上，开展遗传改良，提高植物固氮及吸氮能力将更为易行。
此外，植物固氮与微生物群落之间的互作逐渐成为一个热门研究方向。
通过建立微生物群落多样性的数据库，科学家们能够预测固氮功能及其在土壤中的分布格局，为未来的应用提供了基础保障。
总的来说，植物固氮研究与应用具有重要而广泛的前景。
除了农业生产，固氮技术在旅游观光和生态环保上也有应用前景，比如在城市中绿化植栽上利用固氮植物，减轻土壤污染，降低氮含量。
植物的细菌共生关系与固氮
02 固氮作用及其机 制
固氮作用定义及意义
固氮作用定义
固氮作用是指将大气中的氮气转化为植物可利用的氮化合物 的过程。
固氮作用意义
氮气是植物生长所必需的养分之一，但植物无法直接吸收利 用大气中的氮气，因此固氮作用对于植物的生长和发育至关 重要。
生物固氮与非生物固氮比较
生物固氮
通过生物体（如某些细菌、蓝藻和植物）的代谢活动，将大气中的氮气转化为含 氮化合物的过程。生物固氮具有高效、环保等优点。
非生物固氮
在非生物条件下，如闪电、高温高压等极端条件下，氮气可以与氧气、氢气等发 生化学反应，生成含氮化合物。非生物固氮过程较为缓慢且难以控制。
细菌在固氮过程中作用机制
氮酶的合成与作用
固氮细菌体内含有一种特殊的酶——氮酶，它能够催化氮气与氢气或某些有机化合物发 生反应，生成含氮化合物。氮酶的合成需要一系列基因的调控和表达。
但都能为植物提供氮素养分，促进植物生长。
04 植物-细菌共生固 氮体系建立过程
识别与信号交换阶段
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植物根系分泌物的识别
植物根系会分泌特定的有机化合物，这些化合物 能够被具有固氮能力的细菌所识别，从而启动共 生关系的建立。
细菌与植物根系接触
在识别植物根系分泌物后，具有固氮能力的细菌 会主动向植物根系靠近，并与植物根系表面进行 接触。
信号分子的交换
在细菌与植物根系接触后，双方会交换信号分子 ，这些信号分子能够进一步促进双方的共生关系 。
侵染线形成和根瘤发育阶段
侵染线的形成
在信号分子的作用下，细菌会诱导植物根系细胞形成侵染线，这是 细菌进入植物根系内部的通道。
根瘤原基的发育
随着侵染线的形成，植物根系细胞会开始分裂和增殖，形成根瘤原 基，这是未来根瘤发育的基础。
固氮微生物的类型
固氮微生物的类型
固氮是指将大气中的氮气转化为可供植物利用的氨态氮的过程。
而固氮微生物是指能够通过固氮作用将氮气还原为氨态氮的微生物。
这些微生物可以在土壤中或与植物共生的根瘤中发挥作用，为植物提供氮源，促进植物的生长和发育。
固氮微生物的类型非常多样，包括细菌、真菌和蓝藻等。
在这些微生物中，细菌是最为常见和重要的固氮微生物。
以下是一些常见的固氮微生物类型：
1.根瘤菌：根瘤菌是一类与豆科植物共生的细菌。
它们能够与植物根部形成根瘤，通过与植物根瘤细胞的共生关系来固氮。
根瘤菌主要包括红豆根瘤菌、白豆根瘤菌等。
2.自由生活固氮细菌：这些细菌不与特定的植物共生，而是自由地生活在土壤中。
它们具有固氮能力，可以将氮气转化为可供植物利用的氨态氮。
常见的自由生活固氮细菌包括蓝细菌和革兰氏阴性细菌。
3.其他共生固氮微生物：除了根瘤菌外，还有其他一些微生物可以与植物共生来进行固氮。
例如，青苔和蕨类植物与一些固氮细菌共生，形成固氮团块，为植物提供氮源。
固氮微生物的类型不仅多样，而且在不同环境和植物种类中也存在差异。
不同类型的固氮微生物对不同植物的固氮效果也不同。
因此，在实际应用中，选择适合特定植物和土壤条件的固氮微生物非常重要。
总结起来，固氮微生物的类型包括根瘤菌、自由生活固氮细菌以及其他共生固氮微生物。
它们通过将氮气转化为植物可利用的氨态氮来促进植物的生长和发育。
了解不同类型的固氮微生物及其特点，有助于选择适合特定环境和植物需求的固氮微生物来改善植物的氮素供应。
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精品资源
非豆科植物固氮
空气中含有大量的氮素，但并不能直接为高等植物吸收利用，只有在某些土壤微生物与植物共生，通过体内固氮酶的作用，将大气中氮还原成氨等氨化物的过程，植株才能利用大气氮。
农业生产中常见的豆科植物根系上着生大量的根瘤菌，可以从空气中吸收和固定大量的氮素，这种作用称为生物固氮作用。
大部分农作物由于缺乏共生固氮菌的作用，必须依赖氮肥供应才能生长。
长期以来，生物固氮是世界科学家关心和研究的重点。
人们总是期望广大农田的粮食作物中能和豆科作物一样有固氮自肥的能力，以减少对化肥的依赖。
所以，科学家最感兴趣的题目，是把豆科植物的根瘤菌奇妙的固氮能力转移给其他非豆科农作物，使之从空气中固定氮素以获取作物高产。
70年代中期，随着遗传工程的兴起，首先实现了细菌之间的固氮基因转移，为人们达到这种梦寐以求的目标展示了美好的前景。
固氮遗传工程的主要研究目的是用遗传操作技术，将固氮微生物的固氮基因转移到非固氮微生物或农作物中，以扩大生物固氮的新资源。
80年代后期，美国科学家应用豆科宿主植物的提取物驯化出新根瘤菌转变菌株，用以处理小麦、水稻、高粱等7种非豆科植物能结瘤固氮。
这些新菌株已分别命名为小麦根瘤菌、水稻根瘤菌等。
中国和德国的科学家进行合作研究，选用固氮根瘤菌作菌种，通过2，4－D 诱导其在小麦根部结瘤定殖，结果测定出诱发的根瘤有明显固氮酶活性。
此后，我国科学家将固氮螺菌导入小麦根部结瘤，也测出固氮酶活性。
通过15N同位素稀释法检测盆栽试验中诱发结瘤的麦苗固氮能力，连续4年5次试验测定证明，平均可从空气中固定15％氮素；15N同位素标记法检测证明，所固定的氮素中有1／3左右的氮素已转移到植株茎叶中。
这些研究结果证明，目前非豆科作物结瘤固氮研究在结瘤和固氮两大关键技术方面已有全面突破，不仅可将根瘤菌移植到小麦根部结瘤，而且还突破了禾木科植物天然缺乏豆血红蛋白不能和根瘤共生固氮的障碍，终于使人工诱发的非豆科作物根瘤表达固氮能力。
日本国立遗传研究所的科学家成功地将豆类作物固氮基因移植到水稻根际微生物中。
这种水稻新品种，约有20％的氮素来自根际微生物的固氮作用。
澳大利亚科学家用强力诱变剂处理大豆，培育出一种新型的“超级分枝豆”，其根系固氮能力比普通大豆高出35倍，可以显著地提高土壤肥力，增加大豆产量。
生物固氮研究工作一旦有新的突破，农业生产上就可能摆脱对氮肥的依赖并把产量提高到一个新水平。
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