植物生长需要“粮食”

我们人类是吃粮食长大的，那么，植物生长是不是也需要“粮食”呢？答案是肯定的。而且，植物的“粮食”还不用像人类一样费工夫去制造和寻找，因为它就在我们周围无所不在的空气当中。

地球周围围绕着一层厚厚的大气，这就是我们周围的空气。空气里主要有什么呢？科学家分析后发现，空气中78％的成分是氮气，21％的成分是我们呼吸所需要的氧气，还有约0.027％的成分是二氧化碳，其余的就全是一些含量非常微少的气体了。二氧化碳气体的含量在空气中是第三多，它就是绿色植物生存必不可少的“面包”。

含量才0.027％，那么多绿色植物，够“吃”吗？别担心，虽然才0.027％，但由于空气的总量非常巨大，算起来二氧化碳的数量也就很大了。自从植物勇敢地走出海洋登陆以来，已经有多少亿年了，植物一直不断地“吃”着这样的粮食，但大气中的二氧化碳含量并没有大的变化。

植物吸收了二氧化碳后会把其中的氧释放出来，而把其中的碳转化成自己身体的一部分，并固定下来。现在，地球上的陆生植物（主要是森林）每年仍能固定数以亿吨的碳。据计算，仅地球上的森林所含的碳就约有4000~5000亿吨，假如树木平均年龄为30年，每年就有大约150亿吨的碳就是被树木从二氧化碳转化成了木材，供给人类生活建设所用。空气中植物所需要的成分可不止是二氧化碳，含量最多的氮也是植物、动物乃至一切生物所必需的。植物所需的氮一般是通过吸取氮的化合物来获得的，因为植物大多没有直接从空气中获取氮的本领，那么，植物就没有办法利用空气中的氮了吗？当然有办法，因为有的植物可以开设“地下氮肥厂”。

在自然界中，存在着这样一种奇特的现象：在许多高等植物的根中，经常会有细菌和真菌共同生活在一起，它们相互依存，联系密切，在许多情况下可以称之为“相依为命”，这种现象就叫做共生。共生是植物与植物以及植物与微生物之间长期相互适应的结果。当你走在大豆田里，满眼绿油油的一片，随风摇曳，真的很惹人喜欢。拔出一棵大豆，你就会发现在大豆的根上有许多小圆球，用手使劲挤压一下，小圆球还会有许多液体流出来。这些奇怪的小圆球是什么呢？它们就是我们所说的“地下氮肥厂”——根瘤，也是植物界中最常见的一种共生现象。

豆科植物的根也会和人一样得“肿瘤”？别害怕，肿瘤对人类来说在许多情况下都是非常有害的，甚至是致命的，但是豆科植物根上的这种“肿瘤”，对豆科植物来说却是有益无害的。

豆科植物的肿瘤一般总是生长在根上的，所以人们顾名思义称之为根瘤。根瘤并不是植物本身先天所具有的，而是由于土壤中的根瘤细菌侵入植物根部而生成的，不同的豆科植物，它们能生成的根瘤的形状也不一样：大豆的瘤是圆形的；豌豆的瘤是椭圆形的；苜蓿的瘤是手指状，还有分枝。不同植物的根瘤颜色也不尽相同：有褐色、灰褐色和红色。

尽管根瘤的性状不同、颜色各异，但内部的基本构造却是一样的，它们都是植物为根瘤菌“建造”的“安乐窝”。

根瘤细菌有很多种，常见的根瘤细菌大多专门侵染豆科植物的根，而且不同的根瘤细菌会选择不同的豆科植物作为伴侣。根瘤菌自身身体极小，宽只有0.5~0.9微米，身长不过1~3微米。它们的模样也不全相同，有的像根短棍，有的像个圆球。在没有找到寄主之前，根瘤菌在土壤中呈短杆状，有鞭毛，过着腐生和寄生的“懒散”生活。它们自己不劳动，仅仅靠一些腐烂的植物的根、茎、叶供给其自身发育和繁殖的营养。当豆科植物在土壤中开始生长以后，它们的根部会分泌一些物质，根瘤菌一见到这些物质便纷纷聚集过来，在豆科植物根的周围大量繁殖，有的还钻到豆科植物根部表皮的里边去。豆科植物的根细胞受到这些根瘤菌的刺激就会发生分裂，使皮层细胞不断增多、细胞变大，然后就形成了许许多多凸起的瘤状物。

根瘤菌进入豆科植物根部以后会大量繁殖，同时在形体上也会发生很大变化：鞭毛失去了，形状也不规则了，体积也比在土壤中过流浪生活时大了几十倍。随着自身在形体上发生的变化，根瘤菌的机能也发生了变化，它们抛弃了过去靠腐生和寄生生活的“懒散”习惯，变得又勤劳、又能干，还学会了新本领——能固定、摄取空气中的氮！

根瘤菌在植物中定居下来以后，大豆会把由根部吸收来的水、无机盐以及由叶子制造的有机物质免费供应给它们，作为它们制造养料时所需要的物质和能源；而根瘤菌则发挥它本身的特有的优势，依靠体内特殊的固氮酶，把空气中的分子态的氮加工成氨和氨态化合物，为大豆免费提供氮肥。你看，豆科植物有了根瘤菌这个好朋友，不就等于有了一座私家独享的“地下氮肥厂”了吗？

根瘤菌与大豆配合得很默契，它们亲密合作，互相帮助，互通有无，过起了共同的生活，这种相互合作的关系会维持很长一段时间，一直到豆子成熟时才宣告结束。等到来年，新的豆科植物在被种植时，它们还会再重复以前的故事。

根瘤菌为什么能固氮呢？在工业化生产氮肥肘，人们使用铁做催化剂，还必须在高温、高压条件下才能合成氨。当然，根瘤菌是不可能制造出这种条件的，它们另有高招。在根瘤的发生过程中，根瘤菌的细胞内会产生多种与固氮相关的酶。这些固氮酶是一种生物固氮催化剂，在常温常压下就能够催化氨的形成，固定氮素。不过，根瘤菌的固氮酶固定氮素有一个非常重要的前提条件，那就是必须保证严格无氧的条件，这就难怪有益的根瘤菌只生长在地下了。

根瘤细菌在空气中获取的氮素一般会有三种用途：一部分供给根瘤细菌自身生活的需要；一部分供给豆科植物的生活需要；还有一部分会随豆科植物的根系遗留在土壤里，可以提高土壤肥力。

从豆科植物开花到籽粒成熟这段时间，是根瘤菌固氮活性最高的时期，这时的固氮量占根瘤菌一生固氮量的80％。据科学家测定，一亩大豆的一生中，与它共生的根瘤菌能固定空气中的氮6.75千克，折合硫酸铵33.75千克。你看，根瘤菌的固氮本领有多大啊！豆科植物一生中积累的氮素，约有2／3是由根瘤菌固定的。地球上所有生物每年固定的氮素约为1亿吨，而与豆科植物共生的根瘤菌的年固氮量就有5500万吨，占地球上所有生物固氮量的一半以上。这个数字相当于含氮量为21％的化肥硫酸铵26190万吨，如果用设计年产量为100万吨硫酸铵的化肥厂来生产这些氮肥，那么至少需要兴建261个。可以设想，根瘤菌为人类节省了多少资金开支、节约了多少能源。由此看来，人们把豆科植物的根瘤比作“氮肥加工厂”是完全有道理的。

正是因为根瘤菌有这么大的固氮本领，所以人们对豆科植物根上的肿瘤从来就没有医治过，而且不但不医治，还采用接种等办法，在土壤中大量繁殖根瘤细菌，促使豆科植物与根瘤菌密切合作，形成大量根瘤，以利豆科植物的生长，获取豆科作物的高产。

在农业生产中，人们为了满足农作物对氮素的需要，通常采取的措施就是施加氮肥。但氮肥的生产会耗费资源、增加污染，化肥施用多了还会使土壤板结、酸化，破坏宝贵的土地资源。空气中有78％是氮气，如果所有的植物都能够利用空气中的氮气，那该有多好啊！随着基因工程学的迅速发展，科学家已经能够把根瘤菌的固氮基因转移到其他细菌身上。现在，日本的科研人员已经从土壤中分离出固氮菌，并把它们成功地转接到无菌水稻的根部，通过感染实验，发现可产生固氮能力。此外，通过杂交改良，将来也有可能培育出具有固氮能力的新品种，到那时，水稻、玉米，甚至有更多的农作物将加入固氮植物的行列，能够自己固氮，人们就可以少施用甚至不施用氮肥，人们再也不用担心因为施用氮肥而引起环境污染和资源破坏了。这样不仅可以减少投资，还可以获得农业丰收呢，这是一个多么美好的前景啊！但愿在不久的将来就可以实现。

空气不仅为植物提供了赖以生存的食粮，还对植物的生态作用起着举足轻重的影响。空气的流动就是风，风对植物的作用是多方面的，它能直接或者间接的影响植物的生长和发育。强风能降低植物的生长量。有实验证明，风速在每秒10米时，树木的高度生长量要比风速每秒5米时少1／2，要比无风时少2／3。一般来说，随着风速的加大，会引起植物的叶面积减少、节间缩短、茎的总量减少。造成植物矮化。强风还能造成畸形树冠。在盛行一个方向强风的地带，植物常常都长成畸形：乔木树干向背风方向弯曲，树冠也向背风方向倾斜，形成所谓的“旗形树”。这是因为树木向风面的芽由于受到风的袭击，遭到机械摧残和因水分过度蒸腾而死亡；而背风面的芽由于受风力较小，成活较多，枝条生长较好。因此，向风面不长枝条，或者长出来的枝条受风的压力而弯向背风面，这些都严重影响植物的生长。在强风区生长的树木，一般都有强大的根系，以增强植物的抗风力，否则就要“躺倒休息”了。此外，风还可以帮助某些植物传播花粉，是它们传宗接代必不可少的护理员呢！