美團隊設計出可固氮的細菌,下一步要讓作物也能用空氣「自肥」

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 20 日 21:04 | 分類 環境科學 , 自然科學 follow us in feedly

有種植作物經驗的應該都知道,氮(Nitrogen)對植物來說是重要營養之一,雖然大氣中富含氮氣 78%,除了豆科以外的多數作物還是必須透過土壤才能吸收利用,這也使得氮素肥料的施加變得至關重要。但如果作物能夠透過空氣自行補充呢?



這正是聖路易斯華盛頓大學(WUSTL)研究團隊的想法,他們已經設計出能夠有效地從空氣中吸取氮的細菌,未來的長期目標是開發能夠做到這一點的作物。

在最近的一項研究中,研究人員編輯了大豆植物使其能含有更多攜帶氮的蛋白質,結果卻使得植物過度活躍。相較之下這種固氮細菌注入種子的技術,可以應用於幾乎所有植物。

開發能夠通過空氣自行施肥的植物可以為農業和環境帶來許多好處,除了能夠提高產量,同時也能減少作物對肥料的需求,而肥料一旦進入天然水道,便會產生環境成本和危險。

▲ 氮肥對許多作物生長來說都非常重要。(Source:pixabay

在這項研究中,WUSTL 團隊鎖定了一種能夠在白天行光合作用並在夜間固氮、被稱為 Cyanothece 的藍綠藻物種,並嘗試性的分離固氮基因,再將其拼接到另一種藍綠藻物種 Synechocystis 中以確定它是否能夠提高固氮能力,結果獲得了肯定的答案。

在剛開始嘗試的時候,團隊先去除會干擾固氮的氧氣並加入 35 個新基因,結果 Synechocystis 開始能夠以 Cyanothece 2% 的速率固氮──雖然不是很好,但至少是個開始;在後續將加入的基因刪減到 24 個以後,Synechocystis 便能以 Cyanothece 30% 左右的速率進行固氮。

這項研究已經發表在《mBio》期刊上,首席研究員 Himadri Pakrasi 認為,這項研究顯示他們的植物基因編輯固氮計畫是可行的,「我必須說,結果遠超乎了我的預期」。

(首圖來源:Joe Angeles/Washington University