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神秘的根瘤现象：植物如何与细菌共舞，实现氮的奇迹？
在我们的日常生活中，可能很少有人会想到土壤中的微小生物所扮演的角色。然而，正是一些微小的细菌，如Bradyrhizobium，在自然界中实现了一个不可思议的过程——氮的固化，这对植物生长至关重要。
Bradyrhizobium是一种革兰氏阴性土壤细菌，许多种类能进行氮的固化，这在氮循环中起着重要作用。
根瘤的形成
根瘤，是指在豆科植物的根部形成的生长物，这些地方是细菌栖息的居所。当植物的根部释放氨基酸和糖类到土壤中时，Bradyrhizobium细菌便会向根部移动并附着在根毛上。植物随后会释放类黄酮，这会诱导细菌内部nod基因的表达。
这种基因表达导致了名为Nod因子的酵素生成，这是启动根毛弯曲的关键。
氮固定的过程
Bradyrhizobium和其他根瘤菌能将大气中的氮固定为氨或铵，这是植物可利用的氮源。这一过程至关重要，因为植物无法直接利用大气中的氮，而是需要从土壤中获得固定的氮。植物在光合作用之后，氮的固定（或摄取）是其生长和发展的第二重要过程。
氮的固定量直接影响植物中尿素氮的含量，这与植物对固定氮的摄取量密切相关。
基因的作用
在Bradyrhizobium物种中，Nif和fix基因对于氮的固定至关重要。这些基因的功能和结构类似于在自由生活的固氮细菌如克雷伯氏肺炎杆菌（Klebsiella pneumoniae）中的基因。这些基因分为两个主要的集群，其中第一集群包含大多数氮固定基因，而第二集群则包含与nod基因邻近的三个fix基因。
形态与多样性
Bradyrhizobium的细菌能够形成特定或一般的共生关系，有的物种可能只能形成与某一特定豆类植物的根瘤，而另一些则可能与多种豆类植物形成根瘤。该类细菌的核糖体RNA高度保守，使其在物种多样性指标上变得极其困难。
虽然使用DNA–DNA杂交可以显示更多的多样性，但现有的表型差异不多，使得已命名的物种不多。
在农业中的重要性
每年约有150万平方公里的土地被用于种植谷物豆类，这些植物每年固定的氮量达到4400万到6600万吨，几乎提供了农业中所需氮的50％。
此外，市场上已经提供了商业化的
Bradyrhizobium接种剂，这进一步促进了植物的生长与发展。
随着农业技术的进步，Bradyrhizobium的研究意义日益突显，这不仅有助于提高农作物的产量，更能促进环境的可持续发展。但是，这些细菌的存在也可能造成误导，例如它们被识别为DNA提取试剂及超纯水系统的污染物。这可能与氮气的使用方式有关，因为这种气体能抑制存储罐中的微生物生长。
值得注意的物种
如Bradyrhizobium betae，其从甜菜的肿瘤样根部被分离，但其共生状态仍不明。其他物种如Bradyrhizobium elkanii、Bradyrhizobium diazoefficiens与Bradyrhizobium liaoningense则与大豆建立共生关系。
随着对Bradyrhizobium的研究不断深入，了解这些细菌和植物之间的特殊关系或许能帮助我们找到更有效的农业方法与永续发展策略，未来的农业生态是否能因此而完全改变呢?
