固氮基因有助于提高糧食產量

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

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

該研究由英國國家科學基金會和生物技術與生物科學研究理事會資助。

研究思路：利用作物共生效益自然增肥土壤

鑒于化肥價格昂貴，對環(huán)境有諸多負面影響，而且需要耗費大量能源，人們對如何減少農業(yè)化肥使用量的關注越來越多。開發(fā)新的方法來提升生物固氮對全球作物生產的促進作用，具有巨大的益處。

該團隊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，農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，這是因為它們與其根組織內生長的細菌形成了一種共生關系。這些細菌可以將氮氣轉化為氨，這一過程被稱為生物固氮過程。

細菌從空氣中吸收氮，并將其轉化為植物生長所需的氨，為植物提供能量。植物反過來為微生物提供碳和其他營養(yǎng)物質。

為了協(xié)同工作，豆科植物和微生物已經進化到釋放彼此能理解的信號。當需要固定氮時，植物就會釋放化學物質向細菌發(fā)出信號。細菌產生類似的信號，告知植物它們何時需要碳。

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

減少化肥需求可能會對世界各地的糧食供應、能源使用和農業(yè)成本產生巨大影響。對世界各地的許多農民來說，化肥價格高昂。但如果不施用化肥，由于土壤缺氮，許多具有營養(yǎng)價值的食物將無法在許多地區(qū)生長。

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

該研究旨在增加糧食產量，幫助養(yǎng)活全世界人口。在欠發(fā)達國家，把糧食生產轉變?yōu)椴皇褂玫实墓ぷ鲗且豁椌薮蟮倪M步。

下一步工作方向

該研究的實驗室專門研究細菌的代謝過程，即細菌產生能量和利用能量的過程，為不同生物體固氮過程提供了藍圖。接下來，研究團隊的合作者——麻省理工學院合成生物學家們——將創(chuàng)建微生物和植物所需的機制。

來源：華盛頓州立大學