34.19: 细菌和真菌在植物营养中的作用

植物有令人印象深刻的能力，通过光合作用创造自己的食物。然而，植物往往需要土壤中的有机体的帮助才能获得正常运行所需的养分。细菌和真菌都与植物进化成共生关系，帮助物种在各种环境中茁壮成长。

植物根部及其周围的集体细菌，即根层。这些土壤栖息的细菌物种是令人难以置信的多样化。虽然有些可能是致病性的，但大多数在促进植物健康方面都有作用。作为交换，细菌从植物中接受以碳水化合物、氨基酸和核酸为形式的营养。

这种细菌叫做热病，通过生产抗生素或吸收土壤中的有毒金属来保护植物。此外，细菌通过获取土壤中其他无法使用的养分库来帮助植物。例如，植物缺乏直接利用大气中氮气的分子机制。相反，它们吸收的氮是铵（NH4+）和硝酸盐（NO3-），由土壤细菌产生。

在称为氮固定过程中，土壤中细菌将大气中的氮转化为氨。氮固定需要大量的ATP，细菌从植物提供的碳水化合物中衍生。其它细菌组在称为硝化的两步过程中将氨转化为硝酸盐。这些过程为植物提供氮的形式，它们可用于合成蛋白质和核酸。

真菌也参与与植物的共生关系。科学家认为，植物与菌根真菌之间的相互关系是成功殖民化土地的关键适应因素，帮助早期植物从土壤中获取基本元素。现代菌根在水的获取、生长因子信号和植物保护方面发挥作用。菌根能遮盖根部并帮助吸收水和矿物质。同时，丛枝菌根被嵌入根组织内，从而增加了植物细胞与真菌的分支丝（称为菌丝）之间的接触。

尽管植物能通过光合作用获得食物

但也需要矿物质和养分

有些植物依赖土壤生物

才能从土壤有效获取资源

根圈细菌是原核生物 它与植物的

根系共生

这类种类繁多的生物从植物根系

吸收养分 同时也以多种方式

为共生的植物提供支持

例如它们会生成抗菌素

来保护植物 吸收土壤中不需要的

化学物质 还会促进

必需营养素的获取

氮是蛋白质和氨基酸的关键成分

然而植物无法利用大气中的氮

因为缺乏能让植株利用氮气的

机制

在固氮作用的过程中

原核生物将大气中的氮

转化为氨 氨又被转化为铵

还有些原核生物能将铵转化为硝酸盐

硝酸盐和铵就能被植物吸收利用了

在豆科植物比如豌豆和青豆当中

固氮作用发生于名为根瘤的

特殊根结构中

在这种共生关系中 根瘤菌

获取大气中的氮并转化为

植物可利用形式 同时根瘤菌从

与之共生的豆类植物获取

关键养分

多数植物还与真菌形成

一种双赢的关系

这种真菌叫做菌根 从植物体

吸收养分

另一方面 菌根可获取

土壤储存的养分 而没有菌根 植物无法

使用这些养分

例如 真菌能促进磷酸盐、

铜和锌的吸收

真菌还可能发挥物理屏障功能

抵御病原体 或制造抗菌素

来保护植物