我国有着几千年灿烂的农业文明，许多农谚都包含着生物学原理，今天我们来谈谈“种豆肥田”这个话题。

“豆”指的是什么

“豆”指的是的豆类作物，豆类作物种类很多，主要有大豆、蚕豆、豌豆、绿豆、赤豆、菜豆、豇豆、刀豆、扁豆等。豆类作物的种子含有大量的淀粉、蛋白质和脂肪，是营养丰富的食料。豆类作物的嫩豆荚、鲜豆粒、豆芽和豆制品，都是人们喜欢的蔬菜和食品。豆类作物根部有根瘤菌共生，与其他作物轮种，可提高土壤肥力。

根瘤如何形成

我们把豆类作物的根从土壤中拔出来，就能看到上面有许多小的瘤突，这就是根瘤。那么这些根瘤是如何形成的呢？原来在土壤中有一群具有固氮能力的短小杆菌——根瘤菌，它们喜欢聚集在豆类作物的根毛周围，通过分泌一种纤维素酶，将根毛细胞壁溶解掉，随后根瘤菌从根毛尖端侵入根的内部，直到根的内皮层。根瘤菌分泌的一些物质促使内皮层处的薄壁细胞快速分裂，细胞数目增多，体积增大。与此同时，根瘤菌在皮层的薄壁细胞内大量繁殖，最终在根的表面形成“瘤子”。最小的根瘤只有米粒般大小，最大的根瘤则有黄豆般大小。根瘤的形态也是多种多样，有枣形、姜形、掌形或球形。根瘤中含有红色素（豆血红蛋白）、褐色素和绿色素，所以根瘤呈褐色、灰褐色或红色。

豆类作物与根瘤菌的共生关系

随着根瘤菌侵入到豆类植物根内，进而产生共生结构。这样，根瘤菌就利用自己的固氮能力将空气中游离的氮转变为含氮化合物，供给豆类作物生长发育需要，同时根瘤菌可以从根那里吸取生长发育所需的水分与养料。这样，它们之间就形成了共生关系，相互促进，一起成长。

应该说，豆类作物与根瘤菌的共生是有选择性的，通常一种豆科植物只能与一种或几种根瘤菌相互适应而共生，比如大豆根只能与大豆根瘤菌共生形成根瘤。

其实，不光是豆类作物或豆类植物能够与根瘤菌一起共生固氮肥田。自然界中还有100多种植物也能形成根瘤。而一些非豆科植物多和放线菌类共生固氮。

种豆肥田的道理

根瘤菌通过生物固氮生产的氮肥不仅可以满足豆类作物的需要，还能分泌一些含氮物质代土壤中，有时有些根瘤本身自根部脱落也进入到土壤中，这就增加了土壤的肥力，供给其他植物利用，因此农业生产上常常使用根瘤菌肥或采用豆类作物与其他农作物轮作、套作、间作的栽培方法，可以达到少施肥又增产的目的。这也是中国历来就有的种豆肥田的习惯。而固氮微生物所进行的生物固氮是在极其温和的常温常压条件下进行的生物化学反应，不需要化肥生产中的高温、高压和催化剂，因此，生物固氮是最便宜、最干净、效率最高的施肥过程。固氮菌肥料是最理想的、最有发展前途的肥料。

生物固氮的前景

反观现在农作物依赖于施用氮素化肥所获得的增产，实际上是以消耗能源和污染环境为代价所取得的。在大气中氮气含量接近80%，但这种氮气并不能直接为植物吸收利用。人类自从发现豆科植物与根瘤菌共生结瘤固氮现象以来，对生物固氮研究已有百年之久。然而，关于生物固氮，特别是非豆科农作物的生物固氮，还有许多问题有待于进一步研究。目前，生物固氮研究已经被列为“国际生物学计划”中的重点研究内容，各国政府都将其视为重点科技攻关项目。通过适当方式将生物固氮机制引入到非豆科农作物中，进而建立起非豆科农作物固氮新体系，这是农业科学研究中一项富有挑战性的研究课题。相信在不远的将来，人类一定能学会并利用固氮菌“巧施氮肥”的本领。

（刘全儒  肖宇婕）