微型化肥厂

1微型化肥厂——根瘤菌

庄稼一枝花，全靠肥当家。

土壤肥料是保证农业高产、优质、高效和持续、稳定、协调发展的主要因素之一。所以在古代人们就很重视土壤肥料。早在18世纪末，美国有一位叫本斯的农民，发现家乡的土壤愈来愈贫瘠，农业陷入了空前的困境，于是就萌发要改良土壤的想法。他把石灰石砸成粉末，施用到自己的坡地上，然后种上三叶草等豆科植物，经过8年的辛勤劳动，他种植的谷物产量翻了1番，小麦产量增加了3倍。因此，他把自己的农场叫三叶草土堆农场，以后又购买了几个农场，用这种方法使农场大地回春，农作物生长茂盛。他成功的秘诀在于土壤中加入的石灰石可以降低土壤的酸度，种植的三叶草、苜蓿、大豆、花生等豆科植物的根部是根瘤菌繁衍的家园，根瘤菌可以固定空气中的氮，并使之转化为氨，系统合成氨基酸和蛋白质，以供作物生长之用。

1888年荷兰学者别依林克从根瘤中获得了根瘤菌，并揭示了根瘤菌固氮的秘密。根瘤菌是如何进入根而形成根瘤的呢？平常的根瘤菌生活在土壤中，以动、植物残体为食物，过着腐生生活。当土壤中种植豆科植物时，豆科植物根系有一种分泌物质引诱根瘤菌向根系游动并大量繁殖，同时根瘤菌细胞向外分泌多糖类物质或吲哚乙酸刺激根毛顶端，使根毛卷曲、膨胀、细胞壁软化，根瘤菌就乘机侵入根细胞内，在根部形成了许多根瘤。根瘤里充满了很多根瘤菌的类菌体细胞，这种细胞具有固氮作用。

一个小小的根瘤里含有3.5万个具有固氮作用的含菌细胞，可见根瘤菌是一个不可小看的化肥厂。这种菌可以把空气中的氮转化为氨，提供给豆科植物合成氨基酸和蛋白质之用。每亩土壤里含有的根瘤菌，在1年时间里可以从空气中固定10～15千克游离的氮气，相当于土壤中施50～75千克硫酸铵所带来的肥力。在耕地中微生物固氮量为施用化肥量的2倍。在地球上固氮蓝藻每年可以从空气中固定1000万吨纯氮，相当于5000万吨硫酸铵所含的氮。半个多世纪人类建立的氮肥厂，比不上土壤中固氮微生物给土壤带来的肥力。近百年全世界形形色色的根瘤菌固氮总量为1.75亿万吨。因此，若能有效地利用土壤中的固氮菌，相当于开办许多个化肥厂。

人们试图用工业化生产的方法，大批量地生产根瘤菌。于是土壤肥料工作者把不同品系中的根瘤菌分离出来，用发酵的方法进行批量生产，有目的地使用在不同豆科植物上，提高了农作物的结瘤数量，增强了固氮能力。美国科学家用基因工程技术改造大豆和苜蓿根瘤菌的固氮酶基因，使作物提高15%的产量。也可将快速生长因子导入大豆根瘤菌，提高大豆根系结瘤量，增加大豆产量。科学家又把微生物固氮基因转移到非豆科植物中去，使这些作物本身也具有固氮能力。从这些已经转入固氮基因的小麦、玉米、水稻等作物中，分离培养出固氮能力强的固氮细菌，制成菌肥进行拌种，可以使小麦等作物增产10%～20%。

地球表面土层大约含400亿～500亿吨氮，而这些氮的90%都存在于复杂的有机物质里，植物根系对这些氮是无能为力的。换句话说，植物是无法吸收的。而土壤里能够被植物利用的氮素只够植物利用1年时间。土壤里的氮素为什么年复一年地被植物利用而仍然没有被用完呢？除了人们向耕地施用化肥和有机肥之外，千万不要忘记微生物的功劳。微生物不断地把动、植物残体中的糖类、淀粉、果胶质、纤维素、木质素等含碳的有机化合物作为食物，氧化分解它们，向大气中源源不断释放二氧化碳，同时又把动、植物残体中的蛋白质、核酸、尿素、几丁质等含氮有机物质转变成氨，供农作物生长之用。

为了展示并深入研究世界上的根瘤菌，美国马里兰州建立了世界上第一个根瘤菌采集馆——贝尔斯威尔根瘤菌培养采集馆。

我国根瘤菌种类繁多，是从事根瘤菌研究的好地方。