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豆科植物的根部为什么会长小瘤子?

2018-01-16 15:42  来源: 十万个为什么

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,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无机盐营养和能源,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。

 

豆科植物的根瘤

 

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。

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。


作者: 蔡可   [责任编辑: 吕芮光]