為什么豆科植物的根部會長小瘤子的科學故事

如果要保證植物正常生長，三大營養元素氮、磷、鉀是不可缺少的。尤其是氮元素，對作物生長起著非常重要的作用。它是植物體內氨基酸的組成部分，氨基酸是構成蛋白質的成分，也是植物進行光合作用起決定作用的葉綠素的組成部分。

眾所周知，在我們周圍的空氣中，幾乎含有70%以上的氮氣。這樣大量的氮完全能滿足植物生長的需要，可惜，絕大多數植物無法直接吸收空氣中的氮氣，只能依靠施氮肥才能保證作物的生長和發育之需。但有一類豆科植物卻與眾不同，可以直接利用空氣中的氮。

我們很熟悉的黃豆、豌豆、蠶豆、扁豆等，都屬于豆科植物的果實或種子。為什么豆科植物能夠利用空氣中的氮呢？原來，在土壤中有一類根瘤菌，它們體內存在著有生物活性的固氮酶，能將大氣中的氮氣還原成植物可以直接利用的氨，植物學家將這個過程稱為生物固氮作用。由于土壤中的根瘤菌侵入豆科植物的根部細胞后，引起根部細胞強烈分裂和生長，從而在根部形成一個個“小瘤子”。當豆科植物和根瘤菌之間的共生關系建立后，植物供給根瘤菌生存所需要的礦質營養和能源，而根瘤菌能固定住大氣中的游離氮氣，為植物生長提供所需的氮元素，這是一種相互依賴的雙贏關系。

其實，土壤中還有很多具有固氮作用的微生物，根據它們的習性通常分為兩類：一類是在土壤中能獨立生活的自生性固氮微生物；另一類是需要與植物共生的共生性固氮微生物，如與豆科植物共生的根瘤菌。

在實際的農業生產過程中，為使豆科植物多生小瘤子，可用根瘤菌制成的菌肥拌種。有時候為了提高作物產量，還可以將豆科作物與其他莊稼作物輪作，因為種過豆科植物后，土壤中可直接被其他植物利用的氮素會有所增加。值得注意的是，一種豆科植物通常只能與一種或少數幾種相應的根瘤菌系共生，如豌豆根瘤內的根瘤菌只能在豌豆、蠶豆等根部形成根瘤，大豆只能從大豆根瘤中的根瘤菌形成根瘤。

為什么豆科植物的根部會長小瘤子的科學故事點評

生物固氮是一個重要的生命活動現象，它能在常溫常壓下完成固氮過程。因此，科學家都非常注重研究這一現象和機理，希望有一天能夠人工模擬這一過程制造氮肥，使非豆科植物也能參與共生固氮。