一、氮素的固定方式和形式

氮素的固定方式有生物固氮、闪电固氮、工业固氮，其中生物固氮是指有固氮酶的微生物在常温常压下将空气中的氮气还原成NH₃的过程（图1）。生物固氮量约达工业固氮量的3倍，约占总固氮量的65～70％，在自然界氮循环中起重要的作用（图1）。其化学反应式简写为： N₂+8H++8e-+16ATP→2NH₃+H₂+16ADP+16Pi。

图1 氮循环

生物固氮有三种形式：自生固氮、联合固氮、共生固氮。微生物在土壤中独立生活，独立进行固氮的方式称自生固氮（图2）；微生物在植物体腔或根际生活，不形成特殊器官，但可为植物提供氮素的固氮过程叫联合固氮（图3）。微生物与植物互利共生形成根瘤，在根瘤中的固氮过程叫共生固氮（图4、,图5）。其中共生固氮效率最高、分布最广，其固氮量占生物固氮的80％。

图2 自生固氮菌（圆核固氮菌）  图3 联合固氮菌（巴西固氮螺菌）

图4  共生固氮菌（大豆根瘤菌）   图5 根瘤菌和大豆共生结瘤

二、农作物生长的氮素来源

自然界中的氮绝大部分以单质分子N₂存在于大气中，不能被植物直接吸收利用。工业生产氮肥就是将氮气转化的方式之一，农业生产对氮肥的需求逐年增加。1913年，Haber-Bosch发明了在高温高压催化N₂转化为NH₃的化学方法来生产氮肥，世界各国大量投资生产工业氮肥，为达到预期的粮食产量，化肥消耗的年增长率达0.7％-1.3％。特别是我国，化肥的生产量和使用量都居世界首位，使用量约是澳大利亚的8倍、美国的3倍。但是化肥过量使用带来了一系列问题，比如化肥利用率降低，仅35％或更低，造成环境污染，使土壤板结和肥力下降，给能源供给造成很大压力等。

相比工业固氮，生物固氮不仅固氮量巨大，而且廉价、无污染、能减少化肥的用量和节约能源力等，是未来农业生产节本增效的有效手段，也是将来现代化农业生产的主要氮源之一。

三、共生固氮在农业生产中的应用

中国古代的劳动人民很早就知道种植大豆可以提高土壤肥力，人们用豆科植物和其他非豆科植物轮作来提高农作物产量、改良土壤环境。在100多年前人们就明确地利用根瘤菌接种豆科植物来提高产量，1886年H．Hellrigel发现和证明了根瘤菌具有共生固氮作用。波兰学者Prazmoski于1889年率先用根瘤菌接种豆科植物，并获得成功。

如今，世界各国积极进行根瘤菌接种剂的开发应用，对生物固氮分子机制的不断认识也加快了生产应用研究。在当今环境污染、资源短缺、生态环境破坏严重的形势下，开发根瘤菌这一绿色生态的生物氮肥，显得更为重要。

目前国内外根瘤菌菌剂产品主要集中在经济作物大豆和花生上，坤禾生物菌种库里有多株不同来源的大豆和花生根瘤菌菌种（图6、图7），坤禾生物技术团队凭借多年扎实的根瘤菌研发技术积累和沉淀，在菌株的筛选、功能验证、菌种的发酵和规模化生产、田间应用方面具有规范成熟的配套体系和方案，适应目前我国大豆和花生固氮根瘤菌的大面积推广应用的急迫形势。

图6 大豆根瘤菌                                         图7 花生根瘤菌