非豆科植物固氮

非豆科植物固氮空氣中含有大量的氮素，但并不能直接為高等植物吸收利用，只有在某些土壤微生物與植物共生，通過體內(nèi)固氮酶的作用，將大氣中氮還原成氨等氨化物的過程，植株才能利用大氣氮。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的豆科植物根系上著生大量的根瘤菌，可以從空氣中吸收和固定大量的氮素，這種作用稱為生物固氮作用。大部分農(nóng)作物由于缺乏共生固氮菌的作用，必須依賴氮肥供應(yīng)才能生長。長期以來，生物固氮是世界科學(xué)家關(guān)心和研究的重點(diǎn)。人們總是期望廣大農(nóng)田的糧食作物中能和豆科作物一樣有固氮自肥的能力，以減少對(duì)化肥的依賴。所以，科學(xué)家最感興趣的題目，是把豆科植物的根瘤菌奇妙的固氮能力轉(zhuǎn)移給其他非豆科農(nóng)作物，使之從空氣中固定氮素以獲取作物高產(chǎn)。70年代中期，隨著遺傳工程的興起，首先實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌之間的固氮基因轉(zhuǎn)移，為人們達(dá)到這種夢(mèng)寐以求的目標(biāo)展示了美好的前景。固氮遺傳工程的主要研究目的是用遺傳操作技術(shù)，將固氮微生物的固氮基因轉(zhuǎn)移到非固氮微生物或農(nóng)作物中，以擴(kuò)大生物固氮的新資源。80年代后期，美國科學(xué)家應(yīng)用豆科宿主植物的提取物馴化出新根瘤菌轉(zhuǎn)變菌株，用以處理小麥、水稻、高粱等7種非豆科植物能結(jié)瘤固氮。這些新菌株已分別命名為小麥根瘤菌、水稻根瘤菌等。中國和德國的科學(xué)家進(jìn)行合作研究，選用固氮根瘤菌作菌種，通過2，4－D誘導(dǎo)其在小麥根部結(jié)瘤定殖，結(jié)果測定出誘發(fā)的根瘤有明顯固氮酶活性。此后，我國科學(xué)家將固氮螺菌導(dǎo)入小麥根部結(jié)瘤，也測出固氮酶活性。通過15N同位素稀釋法檢測盆栽試驗(yàn)中誘發(fā)結(jié)瘤的麥苗固氮能力，連續(xù)4年5次試驗(yàn)測定證明，平均可從空氣中固定15％氮素；15N同位素標(biāo)記法檢測證明，所固定的氮素中有1／3左右的氮素已轉(zhuǎn)移到植株莖葉中。這些研究結(jié)果證明，目前非豆科作物結(jié)瘤固氮研究在結(jié)瘤和固氮兩大關(guān)鍵技術(shù)方面已有全面突破，不僅可將根瘤菌移植到小麥根部結(jié)瘤，而且還突破了禾木科植物天然缺乏豆血紅蛋白不能和根瘤共生固氮的障礙，終于使人工誘發(fā)的非豆科作物根瘤表達(dá)固氮能力。日本國立遺傳研究所的科學(xué)家成功地將豆類作物固氮基因移植到水稻根際微生物中。這種水稻新品種，約有20％的氮素來自根際微生物的固氮作用。澳大利亞科學(xué)家用強(qiáng)力誘變劑處理大豆，培育出一種新型的“超級(jí)分枝豆”，其根系固氮能力比普通大豆高出35倍，可以顯著地提高土壤肥力，增加大豆產(chǎn)量。生物固氮研究工作一旦有新的突破，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上就可能擺脫對(duì)氮肥的依賴并把產(chǎn)量提高到一個(gè)新水平。據(jù)新華社電第八屆非豆科植物固氮國際研討會(huì)12月初在澳大利亞悉尼大學(xué)召開，中國科研人員在生物固氮技術(shù)領(lǐng)域取得的成功引起了與會(huì)者的廣泛興趣。

出席會(huì)議的中國科研人員來自民營企業(yè)G實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室主任郭永軍在大會(huì)上作了題為《G式生物肥料的研究和應(yīng)用》的報(bào)告。G實(shí)驗(yàn)室的科研人員還向與會(huì)代表展示了其研究成果的照片以及有關(guān)論文，并指出，這些成果不僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室，而是已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。來自30多個(gè)國家的160名代表對(duì)G實(shí)驗(yàn)室的研究成果表示了很大的興趣。

生產(chǎn)化肥要消耗大量不可再生資源，而且長期使用化肥會(huì)使土壤物理狀況惡化。人類要走可持續(xù)發(fā)展的道路，研究和應(yīng)用生物肥料是必由之路。生物固氮技術(shù)研究是生物化肥研究中的重要一項(xiàng)。小麥、水稻、玉米、水果蔬菜等屬于非豆科植物，不具備固氮能力，G實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過多年研究，成功地用固氮菌使這類非固氮植物獲得了更多的氮素營養(yǎng)，這有助于這些植物固氮，從而減少土壤地塊板結(jié)，地力下降現(xiàn)象。

G實(shí)驗(yàn)室已將這一成果應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這正符合此次大會(huì)促進(jìn)生物固氮技術(shù)發(fā)展與普及的主旨。大會(huì)執(zhí)行主席，悉尼大學(xué)教授伊萬·肯尼迪在會(huì)上多次表示，中國G實(shí)驗(yàn)室的研究工作是對(duì)本次會(huì)議最有力的支持。他還邀請(qǐng)中國G實(shí)驗(yàn)室加入非豆科植物固氮研究國際網(wǎng)站。非豆科植物的共生固氮對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。了解共生固氮的類型、探索它們的規(guī)律,對(duì)于擴(kuò)大共生固氮的范圍可能提供有益的啟示。本文用氣相層析法對(duì)五種胡頹子屬植物(Elaeagnusspp.)、六種羅漢松屬植物(Podocarpusspp.)、一種木麻黃屬植物(Casuarinasp.)、二種蘇鐵屬植物(Cycasspp.)的根瘤和二種巴弗它屬植物(Pavettaspp.)、四種紫金牛屬植物(Ardisiaspp.)的葉瘤,進(jìn)行了乙炔還原能力的測定。結(jié)果表明,有五種胡頹子屬植物、二種蘇鐵屬植物和一種木麻黃屬植物具有明顯的固氮活力。其中越南胡頹子(Elaeagnussp.)和云南蘇鐵(CycassiamensisMiq.)的根