科學(xué)家們已經(jīng)將一組基因轉(zhuǎn)移到植物定植細(xì)菌中，使其從空氣中吸收氮，并將氮轉(zhuǎn)化為天然的氨肥。這項(xiàng)工作可以幫助世界各地的農(nóng)民使用較少的人工化肥來(lái)種植小麥和玉米等重要糧食作物。

包括華盛頓州立大學(xué)的兩名科學(xué)家在內(nèi)的一組科學(xué)家于上月底在《自然微生物學(xué)》上發(fā)表了“谷物相關(guān)細(xì)菌固氮的控制”的研究。

該研究由英國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和生物技術(shù)與生物科學(xué)研究理事會(huì)資助。

研究思路：利用作物共生效益自然增肥土壤

鑒于化肥價(jià)格昂貴，對(duì)環(huán)境有諸多負(fù)面影響，而且需要耗費(fèi)大量能源，人們對(duì)如何減少農(nóng)業(yè)化肥使用量的關(guān)注越來(lái)越多。開(kāi)發(fā)新的方法來(lái)提升生物固氮對(duì)全球作物生產(chǎn)的促進(jìn)作用，具有巨大的益處。

該團(tuán)隊(duì)的研究有助于分享豆科作物中發(fā)現(xiàn)的一種共生效益，幾百年來(lái)，農(nóng)民一直依靠這種作物共生效益自然增肥土壤。

豆科作物，如鷹嘴豆和小扁豆，比其他作物需要的肥料少得多，這是因?yàn)樗鼈兣c其根組織內(nèi)生長(zhǎng)的細(xì)菌形成了一種共生關(guān)系。這些細(xì)菌可以將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨，這一過(guò)程被稱(chēng)為生物固氮過(guò)程。

細(xì)菌從空氣中吸收氮，并將其轉(zhuǎn)化為植物生長(zhǎng)所需的氨，為植物提供能量。植物反過(guò)來(lái)為微生物提供碳和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

為了協(xié)同工作，豆科植物和微生物已經(jīng)進(jìn)化到釋放彼此能理解的信號(hào)。當(dāng)需要固定氮時(shí)，植物就會(huì)釋放化學(xué)物質(zhì)向細(xì)菌發(fā)出信號(hào)。細(xì)菌產(chǎn)生類(lèi)似的信號(hào)，告知植物它們何時(shí)需要碳。

研究目的：利用細(xì)菌中的固氮基因群提高土壤氮含量，減少化肥的使用，提高糧食產(chǎn)量

減少化肥需求可能會(huì)對(duì)世界各地的糧食供應(yīng)、能源使用和農(nóng)業(yè)成本產(chǎn)生巨大影響。對(duì)世界各地的許多農(nóng)民來(lái)說(shuō)，化肥價(jià)格高昂。但如果不施用化肥，由于土壤缺氮，許多具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的食物將無(wú)法在許多地區(qū)生長(zhǎng)。

為了開(kāi)發(fā)一種細(xì)菌與作物共生的合成方法，科學(xué)家們致力于確定細(xì)菌中能夠固氮的基因群，然后將這些基因群添加到其他細(xì)菌中。

該研究旨在增加糧食產(chǎn)量，幫助養(yǎng)活全世界人口。在欠發(fā)達(dá)國(guó)家，把糧食生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)椴皇褂玫实墓ぷ鲗?huì)是一項(xiàng)巨大的進(jìn)步。

下一步工作方向

該研究的實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)門(mén)研究細(xì)菌的代謝過(guò)程，即細(xì)菌產(chǎn)生能量和利用能量的過(guò)程，為不同生物體固氮過(guò)程提供了藍(lán)圖。接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)的合作者——麻省理工學(xué)院合成生物學(xué)家們——將創(chuàng)建微生物和植物所需的機(jī)制。

來(lái)源：華盛頓州立大學(xué)