深入根瘤菌根部提高农业产量

Meera Senthilingam参加了伦敦的切尔西花展，在那里她遇到了雷丁大学的微生物学家Rachel Roberts，她正在研究如何利用一种叫做根瘤菌的固氮土壤细菌来提高作物产量。

蕾切尔-氮是植物的基本组成部分。它是蛋白质的中心，这意味着为了使植物生长，它需要氮。它也需要碳。碳在土壤中更容易获得。氮是植物生长的限制因子。大气中79%是由氮N2组成的，它是一个三键，它们彼此紧密相连，但一般的植物无法获得这种氮源。另一方面，豆科植物能够与一种叫做根瘤菌的共生细菌形成一种关系根瘤菌能够从空气中吸收氮并将其转化为植物可用的形式豆科植物可以吸收。

米拉:你说的豆科植物是指豌豆之类的植物，还有豆类。

蕾切尔:豌豆，豆子，你花园里的汗豆也是豆类。然后是三叶草，野豌豆，鸟食三叶草，很多不同的豆科植物，你可以在任何草原栖息地找到。

米拉-这是什么关系?那么这些细菌是如何对植物有用的它们又是如何为植物提供氮的呢?

蕾切尔:根瘤菌将氮转化为氨，并通过土壤中的一系列转化，转化为植物可利用的硝酸盐。

Meera -在作物环境或农业环境中使用豆类有望减少对氮肥的需求。

瑞秋-对，没错。在一年中，一个农民每年每公顷土地将使用大约200公斤氮，如果你在土壤中种植豆类，你可以节省10公斤。所以它不会完全取代它，但是它能够提供大量的氮。

米拉:你这里有一些豆科植物。这是什么植物?

蕾切尔-我们这里有一株豌豆，我们把它的根展示出来，这样你就能看到根部的小根瘤。我们有相当大的根瘤，它们很漂亮，是粉红色的，这意味着它们现在正在固定氮。

米拉:看这些，从土里伸出来的有点像弦，但在那里，有这些非常清晰的圆块。

蕾切尔:在每一个根瘤里，都会有成千上万的根瘤菌，但不全是细菌，也有植物细胞。一旦它们进入植物内部，一旦它们进入根瘤内部，它们就会分化成这些类细菌细胞，它们才是真正固定氮的细胞。但是一旦它们变成了拟杆菌，就没有回头路了。它们不能变回自由生活的细菌。

米拉:就在这个旁边，你有一个琼脂盘上面也有根瘤菌，但这个看起来就像粉红色的粘液。

瑞秋-对，没错。它很黏。它是粉红色的，因为我在琼脂中加入了染料，这有助于我区分根瘤菌和其他菌株的细菌。这种黏性，是另一种帮助我判断它是否是根瘤菌的东西，因为根瘤菌产生的这些多糖，我就把它叫做黏性。这种粘性物质帮助它们在土壤中移动，粘在植物的根上，当它被留下时，它有助于增加土壤结构，它有助于将土壤聚集体粘在一起。

米拉:所以，当一种豆类或一种与这些细菌有关系的植物被种植时，这些细菌就会积极地寻找并进入根部。所以，虽然它们给植物提供硝酸盐，但这些细菌实际上需要植物。

瑞秋-是的。它们可以自己在土壤中生存，但有时食物很难找到，土壤也很复杂。有成千上万的细菌，它们都在相互竞争，所以如果根瘤菌能找到一种与它相容的豆科植物，它就能从艰苦的生活中解脱出来，如果它能找到豆科植物的根，和它建立关系，就能得到稳定的碳供应，它就能过上舒适的生活。

米拉:这是一种豌豆植物，但你的研究重点是一种非常特殊的固氮植物。

瑞秋-对，没错。我和卢塞恩一起工作，这是一种更农业的植物，你可能不会在你的花园里种植它，但如果你是一个农民，你想种植豆类，这是很好的选择，因为它非常非常耐旱。它的根可以深达几米。它可以从土壤剖面中获取水分和养分。它还提供了一种非常优质的饲料饲料。这对牛和马都很好。

Meera:所以农民已经在使用它并且知道它了?

蕾切尔:在过去的300年里，这个国家断断续续地种植了它，农民们很早就意识到了这一点。它很耐旱，所以流行了又不流行了。因此，当天气稍微干燥时，它就会被更多地使用。但唯一的问题是这种卢塞恩植物起源于中东，这意味着它喜欢的根瘤菌不一定在英国。所以，我们需要确保在种植的时候，它有合适的根瘤菌，这样它就能固定氮。

米拉:你现在的项目是鉴定这种根瘤菌的不同菌株，帮助它在其原生地区以外生长?

瑞秋-对，没错。我希望能找到不同的菌株它们之间会有细微的差异这些细微的差异将使它们能够在不同的栖息地生存。

米拉-你是怎么知道的?那么你如何解读哪些细菌会在哪里起作用呢?

蕾切尔-所以我一直在做的就是从各个农场收集土壤，然后种植这些豆科植物，加入一些土壤，把根瘤菌从土壤中吸收出来，放入植物的根瘤中，然后我把根瘤压扁，放在琼脂上，让它变得粘稠，然后我试着用基因技术找出它是什么。

米拉-那你现在处于什么阶段?你有发现的菌株吗?

蕾切尔-现在，我有一个冰箱装满了从我种植的植物中分离出来的根瘤菌菌株。我知道这些菌株对卢塞恩有效。下一阶段将是找出它们的不同之处。

米拉:你的长期目标是什么?是为了提高未来的作物产量吗?

蕾切尔:我的希望是，比如说，你有一个农民，他会想，“我的土地有时会变得干燥”，我很想种植一种在干旱条件下也能稳定生长的豆类，但我并不住在真正种植卢塞恩的地区，我想在我能找到他们需要的根瘤菌和他们拥有的土壤相匹配之前，找到一种有用的菌株，帮助卢塞恩在那里生长。

米拉:所以，这真的只是将细菌与植物和环境相匹配，一蹴而就。它会像了解土壤类型那样简单，然后添加正确的细菌，正确的根瘤菌吗?

雷切尔-如果农民知道他们的土壤类型是什么样的，那就很有希望把这种土壤类型和正确的品种相匹配，当你把种子钻到土壤里的时候，把它作为一种接种物添加到种子中。然后随着植物的生长，我们就能和根瘤菌形成一种关系，然后固定一些氮。

米拉:最后我想问的是，为什么我们想要种植这么多?它是不是比其他潜在的豆科植物更有用?

蕾切尔:嗯，它真正的好处是它非常耐旱。在气候不稳定的情况下，它可以提供更多的固定氮的可靠性。所以你种植的标准三叶草混合物可能无法应对炎热和干旱，而卢塞恩却可以。