【为什么豆科植物的根部会长小瘤子的科学故事】豆科植物形成根瘤菌的原因
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如果要保证植物正常生长,三大营养元素氮、磷、钾是不可缺少的。尤其是氮元素,对作物生长起着非常重要的作用。它是植物体内氨基酸的组成部分,氨基酸是构成蛋白质的成分,也是植物进行光合作用起决定作用的叶绿素的组成部分。
众所周知,在我们周围的空气中,几乎含有70%以上的氮气。这样大量的氮完全能满足植物生长的需要,可惜,绝大多数植物无法直接吸收空气中的氮气,只能依靠施氮肥才能保证作物的生长和发育之需。但有一类豆科植物却与众不同,可以直接利用空气中的氮。
我们很熟悉的黄豆、豌豆、蚕豆、扁豆等,都属于豆科植物的果实或种子。为什么豆科植物能够利用空气中的氮呢?原来,在土壤中有一类根瘤菌,它们体内存在着有生物活性的固氮酶,能将大气中的氮气还原成植物可以直接利用的氨,植物学家将这个过程称为生物固氮作用。由于土壤中的根瘤菌侵入豆科植物的根部细胞后,引起根部细胞强烈分裂和生长,从而在根部形成一个个“小瘤子”。当豆科植物和根瘤菌之间的共生关系建立后,植物供给根瘤菌生存所需要的矿质营养和能源,而根瘤菌能固定住大气中的游离氮气,为植物生长提供所需的氮元素,这是一种相互依赖的双赢关系。
其实,土壤中还有很多具有固氮作用的微生物,根据它们的习性通常分为两类:一类是在土壤中能独立生活的自生性固氮微生物;另一类是需要与植物共生的共生性固氮微生物,如与豆科植物共生的根瘤菌。
在实际的农业生产过程中,为使豆科植物多生小瘤子,可用根瘤菌制成的菌肥拌种。有时候为了提高作物产量,还可以将豆科作物与其他庄稼作物轮作,因为种过豆科植物后,土壤中可直接被其他植物利用的氮素会有所增加。值得注意的是,一种豆科植物通常只能与一种或少数几种相应的根瘤菌系共生,如豌豆根瘤内的根瘤菌只能在豌豆、蚕豆等根部形成根瘤,大豆只能从大豆根瘤中的根瘤菌形成根瘤。
为什么豆科植物的根部会长小瘤子的科学故事点评生物固氮是一个重要的生命活动现象,它能在常温常压下完成固氮过程。因此,科学家都非常注重研究这一现象和机理,希望有一天能够人工模拟这一过程制造氮肥,使非豆科植物也能参与共生固氮。
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