眾所周知，植物生長(zhǎng)需要氮元素。然而占大氣約4/5的氮卻以分子形態(tài)(N2)存在，大多數(shù)植物和動(dòng)物都不能直接利用。工業(yè)合成氮肥，要耗費(fèi)大量的能源，并且嚴(yán)重污染環(huán)境。能否讓植物直接利用大氣中廣泛存在的氮源呢?

神奇的微生物可以回答這個(gè)問(wèn)題。

當(dāng)我們把豆類植物連根拔起時(shí)，除了看到像胡子一樣的根毛之外，根毛上還長(zhǎng)有許許多多小圓疙瘩。這些球狀結(jié)構(gòu)是一種微生物侵入植物根部后形成的“腫瘤”。植物身上的“腫瘤”不但不會(huì)使植物生病，反而成了專門(mén)供給植物營(yíng)養(yǎng)的小“氮肥廠”。

在顯微鏡下可以看到，根瘤中住著一種叫根瘤菌的細(xì)菌。它們進(jìn)入植物根部后，分泌出一些物質(zhì)，刺激根毛的薄壁細(xì)胞，使其增殖形成“腫瘤”。根瘤菌依賴植物提供營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)把空氣中游離的氮?dú)夤潭ㄏ聛?lái)供給植物利用。小小的根瘤就像微型化肥廠，源源不斷地把氮?dú)庾兂砂碧峁┙o植物吸收利用。

生物固氮由兩類微生物來(lái)實(shí)現(xiàn)。一類是能獨(dú)立生存的非共生微生物，主要有三種:好氣性細(xì)菌、厭氣性細(xì)菌和藍(lán)藻；另一類是與其他植物共生的共生微生物，如與豆科植物共生的根瘤菌、與非豆科植物共生的放線菌等，其中以根瘤菌最為重要。

既然豆科植物可以直接利用大自然中的氮源，那么，是否可以讓其他植物也具有同樣的功能呢?人類自然想到了這個(gè)問(wèn)題。

首先，要弄清楚是什么決定固氮的作用呢?科學(xué)家告訴我們，原來(lái)固氮體內(nèi)含有固氮基因。固氮基因會(huì)隨著遺傳信息使世世代代固氮微生物具有固氮能力。包括農(nóng)作物在內(nèi)的一切高等植物，如果沒(méi)有固氮基因，也就沒(méi)有固氮能力。但如果把固氮基因轉(zhuǎn)移到作物細(xì)胞里，培養(yǎng)成新品種，就能夠固定空氣中的氮?dú)狻?/p>

經(jīng)過(guò)10多年的研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)生物固氮體系遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜得多。而且隨著新發(fā)現(xiàn)不斷增多，復(fù)雜程度也逐漸增加。不過(guò)最近似乎開(kāi)始從這種復(fù)雜體系中理出“頭緒”了，相信過(guò)不了多久，一定會(huì)找到可行的方法。

其實(shí)，在我國(guó)很早就利用固氮微生物來(lái)提高土壤的肥效了。遠(yuǎn)在幾千年以前，人們就已經(jīng)學(xué)會(huì)輪番種植瓜類和豆類以提高產(chǎn)量，而西方在18世紀(jì)30年代以后才采用輪番種植技術(shù)。

把固氮的微生物進(jìn)行人工培養(yǎng)獲得大量的活菌體，然后用它們拌種或播種，也是很好的細(xì)菌肥料?；瘜W(xué)農(nóng)藥的發(fā)明及應(yīng)用，曾經(jīng)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)質(zhì)的飛躍，的確讓人們很是欣喜了一陣，然而大量應(yīng)用化學(xué)農(nóng)藥也同時(shí)帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染。尋求其他方法殺滅害蟲(chóng)已經(jīng)成為人類迫在眉睫的研究課題。

損壞莊稼的害蟲(chóng)和別的動(dòng)物一樣也容易受到微生物的侵襲而患病或死亡。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的能導(dǎo)致昆蟲(chóng)病變或死亡的病原微生物就有2000多種。這些活躍在大自然中的微生物成了害蟲(chóng)的天敵，同時(shí)也成為人們和害蟲(chóng)斗爭(zhēng)的天然“同盟軍”。人們用心地培養(yǎng)這些微生物，把巨大數(shù)量的活菌體散布到田間，讓它們發(fā)揮應(yīng)有的威力。與化學(xué)農(nóng)藥相比，它們對(duì)人和動(dòng)物以及益蟲(chóng)是沒(méi)有毒性的，而害蟲(chóng)一旦感染了便像流行病，很快就會(huì)使“蟲(chóng)口”密度下降，能迅速撲滅蟲(chóng)災(zāi)。另外還有一年防治，多年有效的好處。

噴灑農(nóng)藥

微生物中能用來(lái)作為殺蟲(chóng)劑的主要是細(xì)菌、病毒和真菌。細(xì)菌中，糞鏈球菌、產(chǎn)氣桿菌的許多種類對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)都有很強(qiáng)的殺傷能力。不過(guò)目前使用最多的還是芽孢桿菌。1915年，德國(guó)人貝爾林茨在蘇云金的一個(gè)面粉廠發(fā)現(xiàn)了一種芽孢桿菌具有很強(qiáng)的殺蟲(chóng)能力，于是把它定名為蘇云金桿菌。這種桿菌在菌體的生長(zhǎng)過(guò)程中形成抵抗力強(qiáng)的芽孢，還產(chǎn)生一種結(jié)晶體叫作伴孢晶體。伴孢晶體是一種蛋白質(zhì)結(jié)晶，它對(duì)害蟲(chóng)有強(qiáng)烈的毒性，當(dāng)害蟲(chóng)把它吃進(jìn)體內(nèi)以后，蟲(chóng)體腸道組織便被破壞，而芽孢在蟲(chóng)體內(nèi)發(fā)育并大量繁殖，最終引發(fā)敗血癥。同時(shí)蘇云金桿菌有許多變種，如青蟲(chóng)菌、殺螟桿菌、松毛桿菌等，多達(dá)17種。不同的變種殺蟲(chóng)力各有不同。青蟲(chóng)菌對(duì)稻螟嶺、玉米螟、菜青蟲(chóng)、松毛蟲(chóng)等幾十種鱗翅目的害蟲(chóng)都有強(qiáng)烈的毒性，殺蟲(chóng)效率可達(dá)80%～100%。

湖北農(nóng)科院研發(fā)并生產(chǎn)的Bt農(nóng)藥，就是用蘇云金桿菌菌體來(lái)吞噬農(nóng)作物上的害蟲(chóng)生物農(nóng)藥。噴灑Bt農(nóng)藥后，害蟲(chóng)不是立即“死光光”，而是蟲(chóng)身變黑，胃腸被細(xì)菌侵蝕，24小時(shí)患“敗血癥”或“毒血癥”而死。Bt農(nóng)藥無(wú)公害，不污染環(huán)境，對(duì)人畜無(wú)絲毫傷害，害蟲(chóng)也不會(huì)因此產(chǎn)生抗藥性。

中國(guó)科學(xué)院武漢病毒所新近研制的“生物導(dǎo)彈”，就是讓赤眼蜂攜帶強(qiáng)力病毒，傳遞到松毛蟲(chóng)卵表面，初孵幼蟲(chóng)吃掉卵殼便會(huì)感染病毒死亡，而病毒還會(huì)在松毛蟲(chóng)群體里流行。

微生物不僅可以用來(lái)殺蟲(chóng)，還可以用來(lái)除草。

早在1970年就發(fā)現(xiàn)微生物代謝產(chǎn)物——環(huán)己酰胺可以防治農(nóng)田雜草，并對(duì)水稻無(wú)害。以后又發(fā)現(xiàn)一些微生物除草劑，例如，于1977年日本橘邦隆等在放線菌培養(yǎng)液中發(fā)現(xiàn)的雙丙鱗A對(duì)單子葉及雙子葉的雜草有明顯殺除效果。

谷氨酰胺合成酶，簡(jiǎn)稱“GS”，它在微生物及植物體中參與谷氨酸的合成和氮的循環(huán)，尤其對(duì)植物體內(nèi)谷氨酸的合成更為重要。雙丙磷A可以抑制GS的活性，從而導(dǎo)致氨的累積和谷氨酰胺的減少，而氨是光合磷酸化的抑制劑，當(dāng)它的濃度高時(shí)，對(duì)雜草有毒害作用，從而達(dá)到除草的目的。