生物固氮的研究进展
人工合成微生物固氮技术的研究现状
人工合成微生物固氮技术的研究现状随着人类社会的不断发展，人们对于农业生产和粮食安全的需求也日益增加。
其中，农作物的氮素需求量尤为关键。
于是，人们开始探究一种新的方法——微生物固氮技术。
微生物固氮技术是什么？微生物固氮技术是指利用一些可以独立生存的微生物，将氮态氮固定成大分子化合物，以提供农作物的氮素营养。
这一技术的核心是细菌通过转化生物大分子，将空气氮气转化为可供植物利用的氨态氮、亚硝酸态氮和硝酸态氮，从而达到提高作物产量的目的。
人工合成微生物固氮技术的研究现状当前，人工合成微生物固氮技术已经成为了固氮领域的一个重要研究方向。
国内外不少科研机构都在开展相关的研究工作。
首先就是在前沿科技领域——合成生物学领域，不断涌现着具有微生物固氮能力的新型生物。
例如，美国农业部2018年曾发表一篇论文介绍了一种新型的光合细菌——Rhodobacter sphaeroides，它在细菌界中具有很强的氮固定能力。
然而，这种细菌的分离和培养非常困难，因此，科学家们经过多年的探究，利用基因编辑技术和基因拼接技术，成功合成了带有Rhodobacter sphaeroides关键氮固定基因的新型微生物，从而形成了一项全新的微生物固氮技术。
其次，很多国内外大学都在开展微生物固氮的新型研究。
例如，中国农业大学生命科学学院的蒲龙教授团队一直在从事微生物固氮、根瘤菌与大豆互作等领域的研究。
他们也成功构建了一些新型的微生物固氮功能模块，并进行了一系列的检测和验证工作。
不仅如此，还有很多与微生物固氮技术相关的领域也在紧锣密鼓地开展着相关研究。
例如，一些光合细菌的应用研究、土壤微生物种群结构与功能变化的研究等等，都具备着推动微生物固氮技术实现更大突破的潜力。
微生物固氮技术的应用前景由于微生物固氮技术具有很高的氮转化效率、高附加值和环境友好度等优点，因此其在土地修复、农业生产等领域的应用可谓是无限广阔。
首先，微生物固氮技术能够辅助农业进行有机化生产。
生物固氮的研究进展及发展趋势
生物固氮的研究进展及发展趋势
生物固氮是一种自然界中重要的氮循环过程，其在农业和生态系统中具有重要的意义。
研究生物固氮的进展以及未来的发展趋势，对于提高农作物产量、节约化肥资源、增加土壤肥力以及保护环境都具有重大意义。
近年来，生物固氮的研究取得了一系列重要的进展。
首先，对于固氮微生物群落结构和功能的理解不断深化。
通过使用分子生物学技术，可以快速检测和鉴定土壤和根际中的固氮微生物，了解它们的多样性和分布情况。
此外，通过基因组学和转录组学等方法，可以深入研究固氮微生物的基因表达和代谢途径，进一步揭示其固氮机制。
其次，关于如何提高固氮效率的研究也取得了进展。
通过选择性培育具有高效固氮能力的微生物或植物品种，可以显著提高固氮效率。
同时，研究表明，与其他生物有机肥料和化学肥料的联合使用可以进一步提高固氮效率。
此外，通过调控固氮微生物与宿主植物的共生关系，可以提高植物对固氮微生物的利用效率。
在生物固氮的未来发展中，一方面，研究人员将继续深入探索固氮微生物的多样性和功能，通过开展元基因组学和功能基因组学研究，预期会发现更多新的固氮微生物。
另一方面，研究人员将努力开发新的技术和方法，以提高固氮效率。
例如，通过基因编辑和代谢工程等手段，改良固氮微生物的代谢途径和固氮酶的催化效率。
此外，研究人员还将关注固氮微生物与植物之间的信号交流和共生调控机制，以更好地控制和利用生物固氮过程。
综上所述，生物固氮研究取得了不少进展，并且未来的发展趋势也比较明确。
通过深入研究固氮微生物群落结构和功能，以及努力提高固氮效率，我们有望实现更加可持续和高效的氮肥利用，在农业生产和环境保护中发挥重要作用。
微生物与植物根系固氮的关系研究
微生物与植物根系固氮的关系研究固氮是指将空气中的氮气（N2）转化为植物可吸收的氮化合物的过程。
在自然界中，有一些微生物能够与植物根系共生，促进固氮过程的进行。
这种共生现象被广泛应用于农业和生态修复领域，对于改善土壤质量和提高农作物产量具有重要意义。
本文将探讨微生物与植物根系固氮的关系及其在农业中的应用。
一、微生物与植物根系的共生关系1. 根瘤菌与豆科植物的共生关系根瘤菌是一类能够与豆科植物共生并固氮的微生物。
通过形成根瘤，根瘤菌与豆科植物建立起一种互惠共生的关系。
根瘤菌能够在植物根瘤内固氮，将氮转化为植物可利用的氨基化合物，同时，植物为根瘤菌提供了生长所需的有机物质。
这种共生关系对于豆科植物的生长发育和环境适应具有重要作用。
2. 蓝藻与水稻的共生关系蓝藻是一类能够固氮的原核生物，与水稻的根系形成共生关系。
蓝藻通过形成共生囊泡进入水稻根内，进行固氮作用。
同时，水稻为蓝藻提供了生长所需的营养物质和生长环境。
研究表明，蓝藻与水稻的共生关系能够提高水稻的氮素利用效率，促进水稻的生长和发育。
二、微生物与植物根固氮的机制1. 根瘤菌的固氮机制根瘤菌在豆科植物根瘤内固氮的过程中，主要依赖于一种叫做铁蛋白的酶。
该酶能够将根瘤菌固氮酶中的铁离子还原为可利用的形式，从而促进固氮反应的进行。
另外，根瘤菌还能通过分泌细胞因子和产生植物生长素来促进植物的生长发育。
2. 蓝藻的固氮机制蓝藻的固氮过程主要依赖于其细胞内独特的固氮酶。
该酶能够将氮气转化为氨氮，进而合成氨基酸等有机氮化合物。
此外，蓝藻还能通过系统发育树的构建和基因组学的研究来深入了解其固氮机制。
三、微生物与植物根固氮的应用1. 农田土壤中的固氮菌接种将根瘤菌等固氮菌分离培养并接种到农田土壤中，能够促进土壤中的固氮作用。
这种方法能够提高农作物的氮素利用率，减少氮肥的使用量，从而实现农业的可持续发展。
2. 生态修复中的微生物共生微生物与植物根系的共生关系不仅在农业中有重要应用，也可以用于生态修复。
海洋微生物固氮作用研究进展
中图分类号 ： Ｑ１ ７ ８ ． ５ ３
文献 标 识 码 ： Ａ
文章 编号 ： ｌ ６ ７ ２ —５ ４ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ 力 的 主要 限制 因素 。海洋
在 固氮 的同 时仍然 产 生 氧 气 ， 按 照微 生 物 在 固氮 时是
转化 为少 量可溶 性 氨 ； （ ３ ） 海 洋 微 生 物 的 固氮 作 用 ， 即 海 洋微 生物在 固 氮酶 作 用 下 将 Ｎ 催 化 还 原 为 Ｎｎｔ。 具 有 固氮作 用的 微 生 物不 仅 能 够 通 过 固定 Ｎｚ 来 支 持
酶链 式反 应 （ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ ａ ｓ ｅ Ｃ ｈ ａ ｉ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｐ Ｃ Ｒ） 技 术 检
联合 固氮 菌是 能够 独 立 生 活 的 固 氮微 生物 ， 通 过 定植 于植 物根 系表 面或 附 近 土壤 或 侵入 植 物根 部 ， 依 靠植 物根 系分 泌物 生 长 ， 同 时 提供 固定 的 氮满 足植 物 生 长需 要 ， 二 者 形 成 松 散 的共 生 关 系 。海 草 Ｚ ｏ ｓ ｔ ｅ ｒ ａ ｍａ ｒ ｉ ｎ ａ根 系周 围 的沉积 物能 够刺 激微生 物 固氮 活性 ，
亿 学 与 佳 物 互程 ２ ０ １ ３ ， Ｖ ｏ １ ． ３ ０ Ｎ ｏ ． １ １
Ｃｈ ｅ ｍｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ＆ Ｂｉ ｏ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅｒ ｉ ｎ ｇ
目
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ －５ ４ ２ ５ ． ２ ０ １ ３ ． １ １ ． ０ ０ ２
中氮 元 素的补充 有 三条 途 径 ： （ １ ） 陆源输入 ， 氮 营 养 盐
微生物氮和磷循环的研究进展
微生物氮和磷循环的研究进展随着大气污染和工业化的加速，土地和水源等自然资源的破坏也加剧了，其中重要的两种自然资源，氮和磷，是农业和生态系统中不可或缺的物质。
氮和磷的循环过程对于土地和水资源的保护和利用具有重要的作用，微生物氮和磷循环的研究已成为大众所关注的热点之一。
一、微生物氮循环氮是构成细胞和生命体的必需元素，但大多数的生物体并不能直接利用空气中氮气。
因此，细菌对氮的固氮成为了微生物氮循环的关键环节。
固氮微生物一般被分为两类：自由生活型固氮细菌（diazotroph）和共生型固氮细菌（endosymbiont）。
自由生活型固氮细菌广泛分布于自然界中的土壤中水库中，它们在根瘤范围之外活动，可与植物共生，也可以独立存在。
共生型固氮菌一般与植物根系形成共生关系。
近年来，随着微生物基因组学的火热发展和氮循环的深入研究，揭示了微生物氮固定及转化的新机制。
研究发现，一些草原土壤和海洋微生物可以利用光合细菌的氮酶来固氮。
同时，一些酶可以把氨转化成利用更加广泛的物质，如合成和解毒物质。
二、微生物磷循环磷是细胞内的巨量元素，是蛋白质、脱氧核糖核酸、脂类、三磷酸腺苷等重要物质的组成成分。
一些微生物可以将有机和无机磷化合物转为可被植物吸收的无机磷形式。
这是磷循环的关键和基础。
近年来，研究者们发现，微生物的生长和存活受磷酸盐的限制，而一些微生物可参与磷酸盐的释放和再分配。
针对微生物磷利用的研究，研究人员通过研究微生物的生理机制、基因信息以及微生物与植物之间的相互作用来解决微生物磷资源问题。
例如，拟紫色细菌、青海湖的磷酸酯酶和森林土壤中的磷酸酯酶等微生物参与了磷的循环与再分配。
三、微生物氮和磷循环研究的新进展微生物氮和磷循环研究已由原来的简单描绘发展到了跨学科的深度探讨。
现阶段，随着技术的进步和手段的丰富，对微生物氮和磷循环的研究也越来越深入。
其中，以下三个方向是特别值得关注的：1.新型细菌的发现以及固氮和磷化结合的研究。
生物固氮测定方法研究进展word
生物固氮测定方法研究进展2016051848 黄鹏摘要:对生物固氮测定的方法乙炔还原法(A R A)、15N同位素稀释法(I D)、、非同位素法、全氮差值法和酰脲估测法进行综述,并评述了其引起误差的因素和测定结果的准确性。
关键词:生物固氮;固氮量;测定;方法目前,固氮测定技术对于生物固氮研究是十分重要的。
随着研究的深入,固氮测定技术也不断地向准确、可靠、操作简便的方向发展。
生物固氮测定方法主要有乙炔还原法、、15N同位素稀释法、非同位素法、全氮差值法和酰脲估测法等。
为便于更好研究生物固氮, 本文主要介绍常用的几种测定方法以及它们的优缺点,以供参考。
1乙炔还原法始于20世纪60 年代, 目前被广泛应用,根据固氮酶具有还原分子氮或利用其他底物的能力,使乙炔还原为乙烯,作为固氮的间接测定。
从植物根际分离的纯培养物分别接种于盛有无氮半固体培养基的血清小瓶中,置于28 ～30 ℃培养箱中培养48 h ,将血清小瓶瓶盖在无菌条件下换成橡胶塞,用无菌注射器抽出10 %的气体, 每瓶注1 mL C2H4,,再置于28 ～30 ℃下培养24 ～48 h。
用无菌注射器从瓶种抽取混合气体0 .2 m L 注入气相色谱仪(GC)进样柱中, 测定C2H4含量。
其中,以不接种菌注有C2H2的血清小瓶为对照, 重复 3 次。
从显示屏上C2H2、C2H4峰值判定有无C2H4的产生以确定其固氮性能, 按下式计算其固氮酶活性大小。
A RA =（实际C2H4峰面积×标准气含量×血清小瓶容积∕（标准气峰面积×进样量×培养时间×样品量）。
主要仪器：SP一02型气相色谱仪和氢离子化鉴定器。
该方法优点是灵敏度高,操作较简单,速度快、费用较低,可快速确认固氮作用的存在与否。
并通过还原乙炔活性的强弱，推算出植物——— 固氮菌联合体的固氮量、适应范围广,可以离体,也可以整株活体连续测定或原位测定。
固氮细菌生理生态的研究进展
固氮细菌生理生态的研究进展氮是构成蛋白质、核酸等生命基础物质的重要元素，也是植物生长发育不可缺少的营养元素。
然而，氮在自然界中主要以氮气（N2）的形式存在，植物无法直接利用氮气中的氮原子，需要将氮气还原为植物可用的氨（NH3）或氮化物根离子（如NH4+）。
这一过程被称作“生物固氮”。
生物固氮的过程中，最重要的是固氮细菌。
固氮细菌是指通过固氮进程，将空气中的氮转化成为可由植物吸收的氨的一类细菌。
这些细菌的固氮能力极强，可以根据类型和生境的不同产生不同的酶，这些酶都是在极端条件下生长并繁殖的适应性。
例如在地球上最温暖、最酷热和最寒冷的环境中，都能发现具有固氮能力的微生物，并且它们在这些极端环境中的生存方式具有独特的适应性。
随着生态学和分子生物学技术的不断发展，固氮细菌在环境保护、农业生产和氮循环等领域的应用越来越广泛。
本文将从固氮细菌分类学、固氮调控机制、固氮途径和固氮进程的影响等方面，综述固氮细菌的生理生态研究进展。
一、固氮细菌的分类学固氮细菌因其固氮能力，被广泛分布于土壤、水体、植物根际等环境中，可分为泛固氮菌和共生固氮菌。
泛固氮菌主要存在于泥炭地、水稻田和湖泊等环境中，能够利用自由氧进行固氮。
共生固氮菌则与植物根部建立共生关系，对植物的生长发育和免疫系统发挥重要作用。
根据其在植物根际内的表现形式，共生固氮菌又可以分为根结固氮菌和非根结固氮菌两类。
根结固氮菌能形成在植物根部内的根瘤，细菌以根瘤为代价向植物提供固氮产物，植物则向其提供影响固氮途径的信号分子和营养物质等，是典型的共生关系。
而非根结固氮菌则是利用植物根际微生态的营养资源，向植物提供固氮物质，没有根瘤的形成以及植物的察觉。
固氮细菌的分类主要根据其代谢特性和形态结构等方面，同时还会应用分子系统学技术对细菌的遗传关系及种类重要性进行鉴定。
通过分类学研究，不仅可以系统地了解固氮细菌的地理分布和生物多样性，还能够为固氮细菌的在农业和生态环境方面的应用提供科学基础。
草地土壤非共生固氮微生物研究进展
草地土壤非共生固氮微生物研究进展1. 非共生固氮微生物的研究进展非共生固氮微生物是指那些能够独立进行固氮作用的微生物，它们通过将空气中的氮气转化为植物可吸收的形式来满足植物的氮素需求。
随着对土壤生态系统的认识不断深入，非共生固氮微生物的研究也取得了显著的进展。
科学家们通过对非共生固氮微生物的基因组测序和比较分析，揭示了这些微生物在固氮过程中所发挥的关键作用。
研究发现某些细菌能够利用特殊的酶类将大气中的氨气转化为亚硝酸盐，再通过与根瘤菌的互作，将亚硝酸盐转化为植物可吸收的硝酸盐。
还有一些细菌能够利用特殊的光合色素参与固氮过程，从而提高土壤中氮素的生物利用率。
研究人员还发现了一些新型的非共生固氮微生物，这些微生物具有独特的固氮机制和生长特性，为农业生产提供了新的潜在资源。
有研究表明一种名为“铁锈杆菌”的细菌能够通过与豆科植物根瘤菌的共生关系实现固氮作用，同时还能产生具有抗菌活性的物质，对植物病害具有一定的防治效果。
非共生固氮微生物在土壤肥力提升方面也发挥着重要作用，适当增加土壤中的非共生固氮微生物数量可以提高土壤中氮素的生物可利用性，从而促进植物生长。
这些微生物还能分解有机残渣、降解污染物、改善土壤结构等，有助于提高土壤质量。
非共生固氮微生物在土壤生态系统中具有重要的功能和价值，随着对这些微生物的研究不断深入，相信未来会有更多的新发现和应用前景。
1.1 非共生固氮微生物的定义和分类非共生固氮微生物是指那些能够独立进行固氮作用，即利用无机氮源(如氨、亚硝酸盐等)合成有机氮化合物，从而为植物提供营养的微生物。
这些微生物在生态系统中具有重要作用，因为它们可以增加土壤中的氮含量，促进植物生长，维持生态平衡。
非共生固氮微生物可以根据其固氮作用的类型和途径进行分类。
根据固氮作用类型，非共生固氮微生物可以分为两类：一类是自由固氮菌，它们能够直接将无机氮转化为有机氮；另一类是固氨菌，它们通过与特定的细菌形成共生关系，共同完成固氮过程。
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氮效率的基因工程根瘤菌肥而投放到国际市场 与
目前对联合固氮菌研究的重点 一方面是对菌株 粮食作物联合固氮的固氮螺菌的固氮调控机制研究
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进行遗传改造 筛选出具有高细胞密度 同时又能 也已逐步明朗 为构建铵阻遏条件下也能固氮的基
大量分泌 ＮＨ４＋的联合固氮菌，使之能与外界环境抗 因工程菌株打下了理论基础 最近 对以苜蓿根瘤
Research Progress on Biological Nitrogen Fixation Ci En, Gao Ming
(College of resource and environment, Southwest Agricultural University, Chongqing, 400716, China)
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云英根瘤菌 的结瘤固氮基因表达调节的研究 最 近 发现了微生物体内碳代谢与固氮及氮代谢的基
年代末到 ８０ 年代中期 总结了固氮酶催化 Ｎ２ 还原过 程是 ２ＭｇＡＴＰ 与铁蛋白结合 铁蛋白－２ＭｇＡＴＰ 与钼
因表达调节之间 存在着偶联关系 这一发现不仅 铁蛋白结合成复合物 ＡＴＰ 水解 复合物内发生电子
Abstract: The biological nitrogen fixation is a global strategic problem, and is very significant to environment, food and population and so on. Currently, its research has been being developed on the level of gene, enzyme, cell and ecosystem. The paper reviews home and overseas research works on exhumation and use of nitrogen-fixing resource, genetics engineering of nitrogen fixation, and biochemistry of nitrogenase and chemical modeling of biological nitrogen fixation, and describe the prospect of biological nitrogen-fixing research. Keywords: Nitrogen fixation; Genetics engineering; Nitrogenase; Chemical modeling
１．３ 结瘤的非豆科植物 弗兰克氏菌（Ｆａｎｋｉａ） 稻等接种固氮蓝藻都取得了增产效果 引起了普遍
是一种能与非豆科植物共生的放线菌 比根瘤菌更 重视 但到目前为止 除蓝藻外 自生固氮菌很少
易生长 而且固氮酶活性高 木本双子叶植物能与 作为肥料在土壤中应用
其共生结瘤固氮 该固氮体系固氮持续时间长 固
ＷＵ Ｆ．Ｂ． 发 现 苗 期 海 岛 棉 （Ｇｏｓｓｙｐｉｕｍ 前景 遗传工程发源于分子生物学和微生物学 而
ｂａｒｂａｄｅｎｓｅ Ｌ．） 接 种 自 生 固 氮 菌 （Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ 自然界有生物固氮能力的生物只限于极少数低等的
ｓｐ．） 巴西固氮螺菌 Ａｚｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ ｂｒａｓｉｌｅｎｓｅ
对生物固氮调控有重要意义 也是对基因表达调控 转移 底物结合与还原 铁蛋白－２ＭｇＡＤＰ 复合物与钼
的基础研究中的一项重要贡献 它为进一步研究光 铁蛋白分离 ２ＭｇＡＴＰ 替换出 ２ＭｇＡＤＰ 又形成铁蛋白
合和固氮之间的联系 提供了理论基础 另外 培 －２ＭｇＡＴＰ 复合物 如此完成一次循环 每循环一次传
可形成联合固氮体系 并且形成联合固氮体系的高 产生自身固氮能力 从而可节约生产氮肥投资的 ９０
梁根量增加 ２９ 根体积增加 ３９ 籽粒增产 １８％［１１］
以上［１４］
李季伦等对从我国土壤中分离出来巴西固氮螺菌
目前 对固氮根瘤菌及其宿主植物的基因组
Ｙｕ６２ 进行了多方面研究［１２］ 铵对该菌固氮酶活性的 功能基因组和蛋白质组研究工作正在蓬勃开展 在
农业生物技术科学
中国农学通报 第 ２０ 卷 第 １ 期 ２００４ 年 ２ 月
–２５–
生物固氮的研究进展＊
慈 恩 １ 高 明＊＊
西南农业大学资源环境学院 重庆 ４００７１６
摘 要 生物固氮是一个全球性的战略课题 它对环境 粮食 人口等问题有着重要意义 目前这方面研 究已从基因 酶 细胞和生态系水平上逐步展开 本文从固氮资源的发掘和利用 固氮的遗传工程以及固 氮酶生物化学和化学模拟生物固氮三方面对国内外的研究进展进行了全面的阐述 并对生物固氮研究的前 景进行了展望 关键词 生物固氮 遗传工程 固氮酶 化学模拟
衡 另一方面 离体培养菌根菌 使之能廉价 大 菌为代表的模式菌株的基因组工作已经完成 对其
量地制备以满足农业生产的需要［１３］
功能基因组学研究也刚刚兴起 这必将在一个新的
１．５ 自生固氮 主要指生活在土壤中的固氮菌 层次上揭示根瘤菌与宿主植物相互作用机理 我国
能独立地完成固氮作用 它的固氮量远远低于共生 科学家在深入研究在调节基因 ｎｉｆＡ 的表达及其
１．４ 联合固氮 定殖于植物根系等部位 与植物 固氮微生物具有固氮作用 如果将固氮基因进行人
间有较密切的关系而在植物根上不形成特异化结构 工转移 就可能获得具有固氮作用的新物种 在这
的固氮菌被称为联合固氮菌 联合固氮菌可与特定 一领域人们已进行了大量的研究 进展显著 固氮
的植物形成联合固氮体系 该体系中的植物主要是 基因已经能够在原核生物界细菌之间转移 例如
抑制已基本研究清楚 构建成脱铵阻遏的工程菌株 一个新的层面上认识生物固氮及其与之相关的微生
ＵＢ３７，在玉米田间小区实验中达到减少氮肥用量 ２０％ 物与高等植物相互作用机理 必将取得新的突破
的效果 从这一系列研究和发现可以看出 联合固 重组苜蓿根瘤已构建成功 并作为第一个可提高固
氮在农业生产上有着广阔的应用前景
临着能源 粮食 人口和环境等问题 因而生物固 共生固氮方面也进行了大量的研究 新发现结瘤豆
氮的研究倍受世人的关注 随着社会经济和科学技 术的深入发展 生物固氮研究已日新月异，其研究深
科植物 ３００ 种 并经多相分类研究 确定了根瘤菌 新属 ２ 个［３，４］ 新种 ８ 个［５ １０］ 不少国家 特别是美
固氮量 约在 １．５ｋｇ／ｈｍ２ 左右 对自生固氮菌的研究 产物 ＮｉｆＡ 活性调节机制的基础上 构建了携带
开始于 １９ 世纪 １８９３ 年维诺格拉斯从土壤中分离到 有能组成型表达 不受铵阻遏 ｎｉｆＡ 质粒 将其引
第一个自生固氮菌 厌氧的巴斯德菌 １９０１ 年
入阴沟肠杆菌和大豆根瘤菌后 其固氮作用不再受
是最高的 在水稻田里放养红萍 既能增加土壤中 等的纯培养 １９５６ 年中国水生生物研究所开始了固
生物氮数量 又能提高水稻的产量 因此 红萍这 氮蓝藻的研究 并分离出 ４ 种固氮蓝藻 其中 ３ 种
种蕨类植物与蓝藻的共生固氮体引起世界各国的普 属于鱼腥藻属 １ 种是林克氏念珠藻 它们的固氮能
遍重视
力均很强 盆栽和田间试验表明 对一些作物如水
生物氮在现代农业中具有提高作物产量 培肥土 南亚一些国家就利用红萍作为绿肥和饲料 红萍是
壤 维持生态系统平衡的作用 要增加生物氮的数 量 就要有效利用现有的固氮资源和寻找新的固氮
一种水生蕨类植物 它可以与固氮蓝藻共生固氮 其固氮量可达 １５０ ３００ｋｇ／ｈｍ２，高的可在 ４５０ ｋｇ／ｈｍ２
１＊ 基金项目 国家 ９７３ 项目 ００ＣＢ１０８９０５ 第一作者简介 慈恩 男 １９８１ 年 １ 月出生 西南农业大学硕士研究生 通讯地址 重庆市西南农 业大学 １８７＃ 邮编 ４００７１６ 联系电话 ０２３ ６８２５９６０６ Ｅ－ｍａｉｌ ｃｉｅｎ７７７＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ ＊ ＊ 通讯作者 高明 男 副研究员 硕士生导师 投稿 日期 ２００３－０６－１３ 修回日期 ２００３－０８－２０
２１ 世纪 ３０ 年代我国人口将达到 １６ 亿 年需粮食 资源 当前在农业生产应用上较广泛 意义较重要
（按人均 ４００ｋｇ 计算）６．４ 亿吨 每收获 １ 吨粮食约投 的固氮资源有 豆科植物共生固氮 红萍和固氮蓝
入 １００ｋｇ 尿素 总计需尿素 ６４００ 万吨 为了满足 ２０３０ 藻 结瘤的非豆科植物 联合固氮和自生固氮等
育具有氢酶的固氮微生物的研究也在进行 因为如 递 １ 个电子 并消耗 １ 个 ＡＴＰ 一般公认的固氮反应
原核微生物（细菌和蓝藻） 微生物学中的基因重组
ＮＯ４０ 多糖芽孢杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｏｌｙｍｙｘａ ｓｐ．）和根 和细胞融合等遗传操作新技术为改造生物提供了强
瘤菌后 功能叶中氮 磷 叶绿素含量以及生物学 有力的手段 对于固氮微生物来说 固氮基因 ｎｉｆ
产量均明显提高
操纵和调节固氮酶 Ｎｉｔｒｏｇｅｎａｓｅ 的合成 从而使
２ 固氮的遗传工程
氮量在 ４５ １５０ｋｇ／ｈｍ２ 现已知能与弗兰克氏菌结瘤
遗传工程是用人工的方法去改变生物的遗传特
的植物分布在 ７ 目 ８ 个科 ２４ 个属中 其种类多 抗 性或按着人们的意愿去创造新的物种 近十多年来
逆性强 在农业和水土保持中具有广阔的应用前景 固氮遗传工程的兴起为研究生物固氮开辟了美好的
高效的 Ｃ４ 植物（如玉米 高粱 甘蔗 黍等） 近年 来有研究表明甘蔗体内的内生固氮菌 它们生活在
已能将肺炎克氏杆菌的固氮基因转移到大肠杆菌中 去 因此 有的学者预言 玉米结瘤固氮可望在 ２１
植物体内 可为植物提供高达 ６０％的氮素 另外 世纪初成功 水稻的固氮也有成功的可能 美国科
Ｇｈｏｎｓｉｋａｒ 等用固氮螺菌接种高粱 结果发现 两者 学家估计 今后 ２０ 年内 生物工程可能使粮食作物