生物固氮菌綜述

1、固氮菌的研究現(xiàn)狀與展望固氮菌的研究現(xiàn)狀與展望摘要：摘要：固氮菌所進行的生物固氮作用是土壤中氮素的主要來源也是固氮微生物參與自然界氮素循環(huán)的主要環(huán)節(jié)固氮菌主要包括自生固氮菌、共生固氮菌和聯(lián)合固氮菌涵蓋固氮細(xì)菌和固氮藍(lán)細(xì)菌兩者共59個屬[1]。概述了固氮菌的種類，作用機理以及應(yīng)用的一些知識。闡述了固氮菌的研究現(xiàn)狀與進展，對以后固氮菌的發(fā)展方向做了一個展望。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：生物固氮；固氮菌；固氮菌肥料；研究進展生物固氮是自然生態(tài)系統(tǒng)中氮的主要

2、來源。全球生物固氮量是巨大的，海洋生態(tài)系統(tǒng)每年生物固氮量在41013～21014g，陸地生態(tài)系統(tǒng)生物固氮量在91013～1.31014g，而工業(yè)固氮量在20世紀(jì)90年代中期每年約為1.41014g，可見，生物固氮在農(nóng)、林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡中起著巨大的作用[2]。生物固氮在生產(chǎn)實際中發(fā)揮著重要作用為植物特別是糧食作物提供氮素、提高產(chǎn)量、降低化肥用量和生產(chǎn)成本、減少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生態(tài)平衡和促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。而

3、生物固氮離不開固氮菌，在自然界中具有固氮作用的微生物即是固氮菌[3]。1、固氮菌的分類固氮菌的分類根據(jù)固氮菌的生活習(xí)性，分為自生固氮菌，聯(lián)合固氮菌和共生固氮菌三類。自生固氮菌是指在自由生活狀態(tài)下能夠固氮的細(xì)菌，其種類不多，分布很廣，如圓褐固氮菌和拜葉林克氏菌。聯(lián)合固氮菌是定植于植物根表和近根土壤中，有的能侵入表皮和外皮層的細(xì)胞間隙，靠根系分泌物生存、繁衍，與植物根系有密切聯(lián)系的固氮細(xì)菌，如雀稗固氮菌和產(chǎn)脂固氮螺菌。共生固氮菌只有根瘤菌一

4、類，其廣泛存在于土壤中，侵染豆科植物根部形成根瘤，能將對空氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為氨提供給植物。2、固氮菌的固氮作用機理固氮菌的固氮作用機理俄羅斯莫斯科大學(xué)生化物理研究所的科研人員經(jīng)過多年研究揭示了固氮菌生存與固氮的奧秘[4]。別爾佐娃發(fā)現(xiàn)，固氮菌內(nèi)部酸的濃度低于外部，也就是說，固氮菌擁有自身保護辦法，它的呼吸鏈中有一種能夠處理酸的特殊酶。別爾佐娃推測，在固氮菌呼吸鏈中很活躍的、開始階段起輔助作用的特殊酶在處馬鈴薯、煙草、甘蔗以及各固氮菌肥料是

5、含有大量好氣性自身固氮菌的微生物肥料，對各種作物及蔬菜都有一定增產(chǎn)作用。另外，對豆科作物進行根瘤菌拌種，是我國目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對生物固氮這項技術(shù)的最基本應(yīng)用，同時也是提高豆科作物產(chǎn)量的一項非常有效措施。其主要方法是：播種前，將豆科作物的種子沾上與該種豆科作物相適應(yīng)的根瘤菌，這顯然有利于該種豆科作物結(jié)瘤固氮。此法針對根瘤菌偏少的新開墾農(nóng)田和未種植過豆科作物的土壤，有特別明顯的效果。在外界條件相同的情況下，經(jīng)過根瘤菌拌種的豆科作物，可以增產(chǎn)1

6、0～20%。一個根瘤就是一座“小氮肥廠”。衰老的根瘤菌破潰后，里面的根瘤菌以及一些含氮化合物則遺留在土壤中，被土壤中的微生物分解后形成氨。土壤中的氨，再經(jīng)過硝化細(xì)菌的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，硝酸鹽可以被植物吸收利用。在氧氣不足的情況下，土壤中的另一些細(xì)菌可以將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，并最終轉(zhuǎn)化成氮氣，氮氣則返回到大氣中[17]。2作為土壤重金屬毒性的研究指標(biāo)作為土壤重金屬毒性的研究指標(biāo)[11]重金屬對土壤微生物的危害，包括對土壤中氮循環(huán)、

7、碳循環(huán)和磷循環(huán)的危害，進而影響了土壤肥力，對作物生長和人類健康也有不良影響。為了控制這種危害，必須深入研究土壤微生物效應(yīng)，從中找到危害濃度極其對策。研究發(fā)現(xiàn)固氮菌在土壤中有代表性，且對重金屬較為敏感。通過固氮酶活性的變化規(guī)律，觀察固氮菌對重金屬的開始抗性濃度，作為毒性臨界濃度的生理閾值和確定依據(jù)，為我國“土壤環(huán)境容量”的研究提供參數(shù)和客觀依據(jù)。3修復(fù)重金屬污染修復(fù)重金屬污染研究表明在重金屬污染很嚴(yán)重的土壤中，有不少種類的根瘤菌可以生長，

8、如長喙田菁一根瘤菌共生體系在重金屬污染的環(huán)境中具有很強耐性和固氮能力。這方面的研究很多，但對根瘤菌抗重金屬的研究不夠成熟，有待選出一批抗重金屬強的固氮菌及其共生體系，另外也可以利用分子生物學(xué)手段構(gòu)建抗重金屬的工程根瘤茵，從而為生物修復(fù)重金屬污染提供更多的途徑[12]。4在動物方面的研究在動物方面的研究一些自生固氮細(xì)菌能在動物消化道中生活，其中部分與動物有一定的聯(lián)生關(guān)系。如牛羊的瘤胃中有丁酸梭菌（clostridiumbutyricum）