根瘤

空氣中存在著大量的分子態氮，它們約佔空氣成分的80%。估計在整個大氣層中，約有4×1015 t的分子態氮。然而，絕大多數的植物只能從土壤中吸收結合態氮，用來合成自身的含氮化合物（如蛋白質等）。土壤中的含氮化合物，不是土壤本身固有的，而是在生物生命活動過程中逐漸積累起來的，其中很

大一部分來自微生物的生物固氮。據估計，地球表面上每年生物固氮的總量約為10t，其中豆科植物體內根瘤菌的固氮量約為5．5×10 t，占生物固氮總量的55%左右。

根瘤菌在皮層細胞中迅速分裂繁殖，同時皮層細胞因根瘤侵入的刺激，也迅速分裂和生長，而使根的局部體積膨大，形成瘤狀突起，就是根瘤。根瘤菌從根瘤細胞中攝取它們生活所需要的水分和養料，它能固定遊離氮、合成含氮化合物，為豆科植物所利用。豆科植物與根瘤菌的共生因得到氮素而獲高產；同時由於根瘤的脫落，具有根瘤的根系或殘株遺留在土壤中，能增加土壤的肥力。利用豆科植物作綠肥或與其他作 物輪作、間作，增產效果顯著。豆科植物能肥田，是由於根瘤菌的固氮作用。

根瘤的形成過程大致是這樣的：聚集在根毛頂端的根瘤菌分泌一種纖維素酶，這種酶可以將根毛細胞壁溶解掉，隨後根瘤菌從根毛尖端侵入根的內部，產生感染絲（即由根瘤菌排列成行，外麵包有一層黏液的結構）。根瘤菌不斷地進入根毛，並且大量繁殖。在根瘤菌侵入的刺激下，根細胞分泌一種纖維素，將感染絲包圍起來，形成一條分枝或不分枝的纖維素鞘，叫做侵入線。侵入線不斷地延伸，直到根的內皮層。根的內皮層處的薄壁細胞，受到根瘤菌分泌物的刺激，產生大量的皮層細胞，從而使該處的組織膨大，最後形成根瘤。

最小的根瘤只有米粒般大小，最大的根瘤則有黃豆般大小。根瘤的形態有棗形、姜形、掌形或球形。根瘤中含有紅色素（豆血紅蛋白）、褐色素和綠色素，所以根瘤呈褐色、灰褐色或紅色。

根瘤菌經大量培養后，與適量吸附劑（如泥炭等）混合而成的菌劑。它主要接種於豆科作物的種子上，並侵染至根部而形成根瘤。根瘤通過固氮酶的作用，將大氣中的氮固定轉化為作物能直接利用的含 氮化合物。根瘤菌是生物固氮作用中固氮率最高的一類微生物。

根瘤菌劑是我國使用較廣的一種生物肥料。由於根瘤菌有強的專一性，一種根瘤菌只能適用於一種（類）作物，至今還沒有一個適合於各種作物的根瘤菌，所以根瘤菌的種類很多。常用的有大豆根瘤菌劑類（分快生型和慢生型），花生根瘤菌劑類，豆科、牧草根瘤菌劑類（苕子、紫雲英、田菁、紅豆草、紅三葉草、白三葉草、柱花草、銀合歡、大翼豆、百脈根、大紅豆、鏈莢豆和山螞蝗等）。

各地生產的根瘤菌劑所選用的菌株不同，因而固氮率及增產效果有很大的差異。為了提高根瘤菌劑的固氮

率，應根據當地土壤，氣候條件選育抗逆性強的菌株。

農業生產中使用的根瘤菌主要是採用液體深層培養-泥炭吸附工藝。此外，還有凍干根瘤菌劑，它具有含菌量高、體積小、便於運輸貯存的優點。

根瘤菌劑主要用於拌種。其方法是：先將菌劑（1.5～3.75千克/公頃即250～500克/畝）用水（3.75～7.50千克/公頃即250～500克/畝）調成糊狀物，然後將供試作物種子拌入，拌勻，立即播種、覆土。在拌種和播種過程中，不要與農藥接觸及在太陽下曝晒。為了使根瘤菌在土壤中能較快的侵染作物，必須為它們提供足夠的磷和適宜的pH。試驗證明，當土壤pH值在5.2時，施入的根瘤菌將有65%死亡；如果土壤pH值<4.5，則根瘤菌難以在土壤中存活。因此，對於酸性土壤，在作物種子和根瘤菌劑拌和后，再與泥漿，鈣鎂磷肥或者石灰等物質拌和，形成

“丸衣”。這有助於根瘤菌在土壤中的存活，易於侵染作物，多結瘤、早結瘤，以提高固氮率。

在從未種植過豆科作物的土壤上根瘤菌劑具有明顯的增產效果。但在同一互接種族豆科作物的土壤上，則必須加大根瘤菌劑的接種量，否則效果不明顯或無效果。

此外，豆科作物如果在播種時未能及時用根瘤菌劑拌種，則可將根瘤菌劑調成懸液，潑施在作物根系附近，也可使豆科作物形成根瘤，但必須及時，否則效果不佳。

為了提高根瘤菌劑的固氮效果，人們又生產了一種新型根瘤菌劑一稀土菌劑。這種含有0.1%稀土化合物的根瘤菌劑，它能增強根瘤菌的存活率和對寄主作物的侵染結瘤能力，其增產效果高於一般根瘤菌劑。

根瘤菌的固氮作用是在常溫、常壓下進行的。根瘤菌的固氮比工業上的固氮所需要的能量少，並且這種能量是來自綠色植物光合作用的產物，也就是說，歸根結蒂是來自太陽能。所以，根瘤菌不僅具有固氮效率高、不污染環境等優點，而且具有成本低、收益高的優點。

根瘤菌的固氮能力，不僅取決於菌種的品系（實際上，人工培養的一些根瘤菌品系的固氮能力往往比野生品系的固氮能力高几倍），而且取決於土壤條件和農業措施。增施磷、鉀肥料和微量元素肥料(硼肥、鐵肥等），加強對農作物的管理，也是增強根瘤菌固氮效率的重要措施。