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神秘的根瘤現象：植物如何與細菌共舞，實現氮的奇蹟？
在我們的日常生活中，可能很少有人會想到土壤中的微小生物所扮演的角色。然而，正是一些微小的細菌，如Bradyrhizobium，在自然界中實現了一個不可思議的過程——氮的固化，這對植物生長至關重要。
Bradyrhizobium是一種革蘭氏陰性土壤細菌，許多種類能進行氮的固化，這在氮循環中起著重要作用。
根瘤的形成
根瘤，是指在豆科植物的根部形成的生長物，這些地方是細菌棲息的居所。當植物的根部釋放氨基酸和糖類到土壤中時，Bradyrhizobium細菌便會向根部移動並附著在根毛上。植物隨後會釋放類黃酮，這會誘導細菌內部nod基因的表達。
這種基因表達導致了名為Nod因子的酵素生成，這是啟動根毛彎曲的關鍵。
氮固定的過程
Bradyrhizobium和其他根瘤菌能將大氣中的氮固定為氨或銨，這是植物可利用的氮源。這一過程至關重要，因為植物無法直接利用大氣中的氮，而是需要從土壤中獲得固定的氮。植物在光合作用之後，氮的固定（或攝取）是其生長和發展的第二重要過程。
氮的固定量直接影響植物中尿素氮的含量，這與植物對固定氮的攝取量密切相關。
基因的作用
在Bradyrhizobium物種中，Nif和fix基因對於氮的固定至關重要。這些基因的功能和結構類似於在自由生活的固氮細菌如克雷伯氏肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）中的基因。這些基因分為兩個主要的集群，其中第一集群包含大多數氮固定基因，而第二集群則包含與nod基因鄰近的三個fix基因。
形態與多樣性
Bradyrhizobium的細菌能夠形成特定或一般的共生關係，有的物種可能只能形成與某一特定豆類植物的根瘤，而另一些則可能與多種豆類植物形成根瘤。該類細菌的核糖體RNA高度保守，使其在物種多樣性指標上變得極其困難。
雖然使用DNA–DNA雜交可以顯示更多的多樣性，但現有的表型差異不多，使得已命名的物種不多。
在農業中的重要性
每年約有150萬平方公里的土地被用於種植穀物豆類，這些植物每年固定的氮量達到4400萬到6600萬噸，幾乎提供了農業中所需氮的50％。
此外，市場上已經提供了商業化的
Bradyrhizobium接種劑，這進一步促進了植物的生長與發展。
隨著農業技術的進步，Bradyrhizobium的研究意義日益突顯，這不僅有助於提高農作物的產量，更能促進環境的可持續發展。但是，這些細菌的存在也可能造成誤導，例如它們被識別為DNA提取試劑及超純水系統的污染物。這可能與氮氣的使用方式有關，因為這種氣體能抑制存儲罐中的微生物生長。
值得注意的物種
如Bradyrhizobium betae，其從甜菜的腫瘤樣根部被分離，但其共生狀態仍不明。其他物種如Bradyrhizobium elkanii、Bradyrhizobium diazoefficiens與Bradyrhizobium liaoningense則與大豆建立共生關係。
隨著對Bradyrhizobium的研究不斷深入，了解這些細菌和植物之間的特殊關係或許能幫助我們找到更有效的農業方法與永續發展策略，未來的農業生態是否能因此而完全改變呢?
