根瘤菌

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根瘤菌(root nodule bacteria)是与豆科植物共生,形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。这种共生体系具有很强的固氮能力。已知全世界豆科植物近两万种。根瘤菌是通过豆科植物根毛

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侧根杈口(如花生)或其他部位侵入,形成侵入线,进到根的皮层,刺激宿主皮层细胞分裂,形成根瘤,根瘤菌从侵入线进到根瘤细胞,继续繁殖,根瘤中含有根瘤菌的细胞群构成含菌组织。根瘤菌进入这些宿主细胞后被一层膜套包围,有些菌在膜套内能继续繁殖,大量增加根瘤内的根瘤菌数,以后停止增殖,成为成熟的类菌体;宿主细胞与根瘤菌共同合成豆血红蛋白,分布在膜套内外,作为氧的载体,调节膜套内外的氧量。类菌体执行固氮功能,将分子氮还原成NH3,分泌至根瘤细胞内,并合成酰胺类或酰尿类化合物,输出根瘤,由根的传导组织运输至宿主地上部分供利用。  

与宿主关系

与宿主的共生关系是宿主为根瘤菌提供良好的居住环境、碳源和能源以及其他必需营养,而根瘤菌则为宿主提供氮素营养。大豆、花生等属于豆科植物。它们的根瘤中,有能固氮的根瘤菌与之共生。根瘤菌将空气中的氮转化为植物能吸收的含氮物质,如氨,而植物为根瘤菌提供有机物。  

代谢类型

大多数的根瘤菌代谢类型为异养需氧型。

能源:共生对象所提供的有机物

氮源:N2(氮气)  

固氮作用

豆科植物幼苗期间的分泌物吸引了分布在其根附近的根瘤菌,使其聚集在根毛周围大量繁殖,随后,根瘤菌产生的分泌物使根毛卷曲、膨胀,并使部分细胞壁溶解,根瘤菌由壁被溶解处侵入根毛,在根毛中滋生,聚集成带,外被粘液和根细胞分泌的纤维素,形成侵入线。侵入线为管状结构,根瘤菌沿其侵入根的皮层并迅速在该处繁殖,皮层细胞受刺激亦迅速分裂,致使根部形成局部突起,即成根瘤。根瘤菌居于根瘤中央的薄壁细胞内,逐渐破坏其核与细胞质,本身转变为拟菌体;同时该区域周围分化出与根维管束相连的输导组织、外围薄壁组织鞘和内皮层。拟菌体通过输导组织从皮层细胞吸收碳水化合物、矿物盐类和水进行繁殖,同时进行固氮作用。同时由于根瘤的脱落、残留以及一部分分泌到土壤中的氮,可以增加土壤肥力。生产上用豆科植物与其他作物间作、轮作,就是利用根瘤菌的固氮作用。

根瘤菌可以将大气中的无机氮转化为有机氮,但是它从植物体内获取营养,在生态系统中为消费者。

根瘤菌固氮的化学反应方程式为: 2N2+3C+6H2O→4NH3+3CO2

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