燕永亮

（中国农业科学院生物技术研究所，100081）

在自然界中，某些原核微生物通过自身编码的固氮酶系统在常温常压下将空气中的氮素转化为铵，这一过程被称为生物固氮。据联合国粮农组织统计，地球上结合态氮总量有70%来源于生物固氮，每年全球微生物固定的氮素量可达2亿吨，约占全球作物需氮量的3/4，相当于工业生产氮肥的3倍多。通过生物固氮为农作物提供氮源、提高产量、降低化肥用量、减少生产成本，是最节能、环保、生态友好的氮素供应方式。

根据固氮菌与宿主之间的互作关系，生物固氮系统可分为自生固氮、共生结瘤固氮和联合（内生）固氮。共生结瘤固氮体系效率最高，固定的氮素100%提供给植物使用，但存在宿主范围窄的缺陷，自然界中仅与豆科植物建立共生关系；联合（内生）固氮菌没有严格的宿主专一性，不需要形成特异的组织结构，可定殖到植物根表或侵入内根际进行生物固氮，在改善禾本科植物，特别是水稻、小麦和玉米等粮食作物的氮素营养方面具有重要的价值，但是其固氮活性极易受外部环境的影响，特别是环境中有机氮的含量（氮阻遏）、氧气的浓度（固氮酶氧失活）以及能量的供应（能量抑制），导致固氮效率不稳定。以上因素严重制约了固氮微生物在农业生产中的应用。

生物固氮是一个世界性的战略研究课题，至今已有130多年历史。自1886年首次发现豆科植物根瘤的固氮功能开始，生物固氮逐渐成为生物学和农业科学的重要研究对象，并成为植物-微生物互作研究的理想模型。……