根瘤菌可与植物共生固氮

植物共生现象

达尔文的进化论学说认为，自然界中生物之所以能进化，主要在于相互竞争，弱肉强食，从而导致适者生存，不适者遭淘汰的结果。这很容易使人较多地注意到自然界中相互对立、斗争的一面，而忽略了互恩互惠、相互帮助的一面。事实上，无论是动物和动物之间，植物和植物之间，或是动、植物之间以及动植物和微生物之间，都广泛地存在着共生协作的关系。共生的结果，往往使双方更能适宜环境，从而导致了生物的进化。了解一下奇妙的共生世界，也许对我们会有许多启发。

共生一般是指两种生物或其中一种由于不能独立生存而共同生活在一起，或是一种生活在另一种体内，相互依赖，各能获得一定利益的现象。可见，共生现象最为重要的特点是：双方均有利或至少一方有利，另一方无害。

植物界中较为典型的共生现象有地衣（藻类和菌类共生），根瘤（如固氮菌和豆科植物的共生）、菌根（真菌和高等植物的根共生），其他还有昆虫和一些花之间的特异共生等。

在空气新鲜的野外丛林中，我们留意一下树干表面，枝杈上或裸露的岩石上，常常可以看到灰白色或褐色，呈叶状、壳状乃至枝状的植物体，这便是地衣植物。地衣无花、无果，也无根、茎、叶的分化，属于低等植物。解剖一下并仔细观察，就会发现它是一类由真菌和藻类组合而成的复合有机体，通常真菌菌丝缠绕并包围藻类细胞。藻类经光合作用，制造有机物供给自身及真菌，真菌则吸收水分、无机盐和二氧化碳等以供藻类的需要。有人曾试着把两者分开，结果藻类照样能生存，而真菌却不存活。地衣这个共生体除了营养供应上相互弥补外，还具备了极强的生命力，无论是高山绝顶、沙漠裸石、北极冰原还是高原地带，均能见到它的踪迹。据统计，全世界共有地衣种类25000余种。另外，生长于峭壁和岩石上的地衣，能分泌地衣酸腐蚀岩石，促使岩石逐渐风化，为日后苔藓等高等植物的生长创造条件。所以，地衣是自然界的开路先锋。近来人们发现地衣中的特殊化合物已达100多种，其多具抗癌能力。其他地衣，如作为监测环境的指示植物等，就不一一介绍了。

根瘤，寻找根瘤其实并不难。小心地拔起大豆等豆科植物的根，你会发现根上附生有许多小瘤状的结构，其横切面呈红色，这便是根瘤。根瘤由根瘤菌侵入豆科植物的根而形成，是一种根瘤菌和豆科植物的共生体。根瘤菌能有效地固定大气中的氮气，除满足自身需要外，多数供豆科植物，后者则为根瘤菌的生长、繁衍提供了特异的环境条件。豆科植物和根瘤菌之间的共生，是生物固氮中最先进和最复杂的系统。每一种根瘤菌都有专一对象，如大豆上结瘤的细菌只能和大豆属的植物结合，而不能与苜蓿共生。目前已查明的豆科植物有一万种以上，其中考察过能形成根瘤的仅占10%左右，能被栽培利用的不到50种，所以研究豆科植物的固氮作用具有很大潜力。

我们知道，空气中的氮气不能直接为植物所利用，只有通过特定途径，主要有大气固氮（通过光化学和闪电固氮量较少）、工业固氮（如化肥厂生产氮肥）和生物固氮（如根瘤菌固氮）。近年来，全世界每年生产氮肥0．5亿吨，而通过生物固氮的氮素可达1．5亿吨，为化学固氮的3倍，这其中，豆科植物的固氮又占了大部分，可见根瘤植物的根瘤是多么不平凡。另外，工业固氮多在高温高压下进行，且消耗大量的人力、财力和物力，而生物固氮则在常温下“免费”进行，相比之下，孰优孰劣，又是十分明了。目前人们最感兴趣的问题是：设法诱导非豆科植物如水稻、小麦、棉花等农作物，使之能形成根瘤、能自己固氮，就无疑将会带来农业上的绿色革命。随着基因工程的不断应用和推广，这一天终会到来。

顺便提一下，胡颓子属、桤木属、杨柏属等一些种类亦具根瘤，且也有固氮作用，不同的是这些根瘤是放线菌侵入这些植物的根部而形成的。此外，红萍和固氮蓝藻的共生也是共生固氮的重要来源，在农业生产上也经常广泛地利用。

菌根，豆科植物的根瘤和根瘤菌已为人们所了解，但很多人对菌根还是比较陌生的。其实，菌根是植物界中最广泛的一种共生体，它是真菌和植物根系所形成的互惠共同体，家族庞大。自然界中95%的植物能形成内生菌根，只有少数植物如杜鹃花科、松科和桦木科能形成外生菌根，兰科的菌根较为独特，有人称为兰科菌根，如药用植物天麻，它是一种多年生腐生草木，其本身不能吸收营养，只通过和其共生的密环菌来协同实现。兰科植物较难栽移，移栽时带些母土，否则就难以成活，这也和与其共生的菌根相关。

根瘤共生体能固氮、增加土壤及植物中的氮养成分，菌根则对植物的养分吸收、抗旱性及抗病虫害的能力等却有很大的影响。在果树上菌根已进入实用阶段，如在苗圃中可以用很小的成术接种“菌根真菌”来代替施用磷肥和锌肥。但总体上看，由于一些技术上问题还未解决。菌根的开发利用在我国尚不普及，尚停留在试验阶段。

上面谈了植物界几种较为典型的共生现象，其实共生现象还是较为普遍的，如桑科榕属中的无花果、薛荔榕和某些特定的瘿峰之间也存在着较为复杂的共生关系。近年来，有些生态学家将互利、寄生、共栖等表示两种生活在一起的生物之间的关系都归入共生现象的范畴，这使得共生的范围大大扩大了。但不管怎样，共生还是以互利互惠为主流的特殊生存方式，使生物的适应性增强，有利于物种的生存和进化。在实际应用中，其意义也十分突出，尤其是共生固氮的研究无疑将给农业生产带来巨大的收益。