深挖农业科普文章揭秘根瘤菌土壤中的超级英雄

当你拔起豆科植物，如大豆或紫云英时，你可能会注意到它们的根部有着小颗粒，那些颗粒是土壤中的根瘤菌和植物共同形成的根瘤。这些微生物家族中，包括了7个属36种，主要指的是根瘤菌属和慢生根瘤菌属；两者都属于根瘤菌目。它们在土壤中生活，当没有豆科植物时，只能依靠枯枝嫩叶过着默默无闻的腐生生活。一旦土壤里种上了豆科植物，并长出幼苗，根瘤就立即启动搬家的进程，住进大豆的根内，与豆科植物的根相结合，从而形成共生关系。

每一种特定的分泌蛋白质可以招待对应的一种特定类型的根瘤菌，而这种现象被称为专一性。当一个特定的类型的分泌蛋白质与某个类型的root nodule bacteria结合，它们会从毛细孔进入皮层细胞，同时还会分泌物质刺激皮层细胞不断新生的过程。在几天后，这些细胞就会向外鼓起，最终形成肉眼可见的小型肿块，即我们所说的“营房”。

在这些营房里，两个伙伴开始合作，一方面，大豆通过其植株吸收水和无机盐以及制造有机物品来满足自身需求，还有一部分用于供给养料给固氮酶工作；另一方面，固氮酶将空气中的氮气转化为更易于使用的大量氨类化合物。这场互动直至大豆成熟才暂告结束。

随着收获季节的大豆被摘除，其余部分开始腐烂，这也意味着结局了这段合作关系。大 豆的地球再次回到它原来的状态，但这个周期不会重复太久，因为下一次种植时，大自然又一次创造出新的机会让这双情侣再次团聚。

每一个这样的小型肿块都是一个微型肥料加工厂，有科学家推算，在地球上，由于这些加工厂固定空气中的氮素，每年相当于26180万吨硫酸铵提供相同数量的人工制成氨类化合物。如果用同等产量的人工制成相同数量的话，那么需要建立87266座单体生产设施，可以想象一下由此节省下的开支！

由于不需要额外成本投资设立生产设备或劳动力，只要播下含有适宜环境的大豆并让他们彼此亲密接触，就能够利用这一功能。因此，我们正在利用这种特殊能力提高作物产量。根据试验结果，用0.5公斔大的、大约5亩地的大米增加12%~18%，甚至花生增加10%~26%。

除了为作物提供必要条件之外，这些微生物还能增强土壤中的氧气含量。在一些地区为了提高土壤质量农民大量栽培绿色蔬菜如紫云英、苜蓿等，而在与这些作物一起生长期间，他们把空气中的二氧化碳转换成了更容易被绿色蔬菜吸收使用的形式，然后固定在其中。这使得每一株蔬菜成为一个小型肥料处理厂，当它们长到一定程度并且被整株回归田地时，该肥料全部流入土壆，使得该区域拥有更多高质量食材产生基础。而且因为持续循环利用，所以越来越多粮食丰富世界上的口袋。