【國際土壤年專題】根瘤菌(Rhizobium)與人 | 常見農業害蟲資訊網

2015年3月3日—根瘤菌原本是土壤中自由生活的格蘭氏陰性菌，植物在缺氮時，根部會分泌甜菜鹼(​betaine)、類黃酮(flavonoid)與異黃酮(isoflavonoid)等物質來吸引 ...

撰文｜葉綠舒

自從人類在一萬一千年前學會了農耕以後，如何提升農作物的產量便成為人們念茲在茲的議題。使用動物的排泄物、以及收集植物的落葉、家庭垃圾製作堆肥，這些方式都在試驗中發現可以提升產量；而可能早在古埃及時代，人們便已經發現種植豆科植物(legumes)如大豆、豌豆等，可以使土壤肥沃。

中國在漢朝時已懂得利用大豆與小米、小麥輪作(參1)，維持土壤的肥力；同樣的概念，在歐洲大約一千年後才出現。但是，不論是埃及、中國、或是歐洲，對於為何豆科植物可以提升土壤的肥力這件事，都是知其然而不知其所以然。

這個謎題，直到十九世紀末才被解開。1888年，德國的農業化學家Hermann Hellriegel(下圖)與 Hermann Wilfarth發現根瘤可以將空氣中的氮(nitrogen)轉變為氨(ammonia)。在同一年，根瘤菌也被荷蘭的Martinus W. Beijerinck(下圖)發現了(參2)。

雖然在過去根瘤菌曾經一度被誤會為真菌(也真的有真菌與植物共生，不過共生的方式與根瘤菌不同)，當時Beijerinck將根瘤菌命名為Bacillus radicicola，後來才被重新分類到Rhizobium這一屬。

從那時候開始，根瘤菌就成為研究者的課題之一。豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)的基因體已經在2006年定序完成(如下圖)，除了它本身的染色體(右上)以外，根瘤菌還有六個質體，其中與植物共生相關的nod(根瘤形成，nodulation of the host plant)以及nit與fix(固氮)，都位於第三大的質體pRL10上。

根瘤菌與植物之間的互動是相當複雜的。根瘤菌原本是土壤中自由生活的格蘭氏陰性菌，植物在缺氮時，根部會分泌甜菜鹼(betaine)、類黃酮(flavonoid)與異黃酮(isoflavonoid)等物質來吸引根瘤菌；而根瘤菌受到吸引後，會分泌由糖與脂肪酸構成的Nod factor(如下圖)，作用在植物的根毛上，使...