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(jìn)行的生物固氮作用是土壤中氮素的主要來(lái)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(gè)屬[1]。概述了固氮菌的種類，作用機(jī)理以及應(yīng)用的一些知識(shí)。闡述了固氮菌的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展，對(duì)以后固氮菌的發(fā)展方向做了一個(gè)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(jìn)展生物固氮是自然生態(tài)系統(tǒng)中氮的主要

2、來(lái)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(jiàn)，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(shí)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(jìn)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(kāi)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(duì)空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨提供給植物。2、固氮菌的固氮作用機(jī)理固氮菌的固氮作用機(jī)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(guò)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(shuō)，固氮菌擁有自身保護(hù)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(cè)，在固氮菌呼吸鏈中很活躍的、開(kāi)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(duì)各種作物及蔬菜都有一定增產(chǎn)作用。另外，對(duì)豆科作物進(jìn)行根瘤菌拌種，是我國(guó)目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)生物固氮這項(xiàng)技術(shù)的最基本應(yīng)用，同時(shí)也是提高豆科作物產(chǎn)量的一項(xiàng)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(duì)根瘤菌偏少的新開(kāi)墾農(nóng)田和未種植過(guò)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(guò)根瘤菌拌種的豆科作物，可以增產(chǎn)1

6、0～20%。一個(gè)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(guò)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?dú)?，氮?dú)鈩t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(duì)土壤微生物的危害，包括對(duì)土壤中氮循環(huán)、

7、碳循環(huán)和磷循環(huán)的危害，進(jìn)而影響了土壤肥力，對(duì)作物生長(zhǎng)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(duì)策。研究發(fā)現(xiàn)固氮菌在土壤中有代表性，且對(duì)重金屬較為敏感。通過(guò)固氮酶活性的變化規(guī)律，觀察固氮菌對(duì)重金屬的開(kāi)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(guó)“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(zhǎng)，

8、如長(zhǎng)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(qiáng)耐性和固氮能力。這方面的研究很多，但對(duì)根瘤菌抗重金屬的研究不夠成熟，有待選出一批抗重金屬?gòu)?qiáng)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(dòng)物方面的研究在動(dòng)物方面的研究一些自生固氮細(xì)菌能在動(dòng)物消化道中生活，其中部分與動(dòng)物有一定的聯(lián)生關(guān)系。如牛羊的瘤胃中有丁酸梭菌（clostridiumbutyricum）