科技日報紐約7月16日電 （記者馮衛(wèi)東）植物能自己制造肥料聽起來像是科幻故事，但據(jù)最新一期雙月期刊《mBio》報道，美國研究人員創(chuàng)建出一種細(xì)菌，在白天可利用光合作用產(chǎn)生氧氣，在夜間則利用氮氣產(chǎn)生葉綠素。這一發(fā)現(xiàn)可能對農(nóng)業(yè)和地球健康產(chǎn)生革命性的影響。

    肥料制造是能源密集型產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)過程排放的溫室氣體是氣候變化的重要驅(qū)動因素。植物利用肥料中的氮產(chǎn)生用于光合作用的葉綠素，但商業(yè)肥料中只有不到40%的氮能進(jìn)入植物。而且給植物施肥后，肥料還會流失，經(jīng)由雨水流入江河湖海，給藻類提供養(yǎng)料使其迅速繁殖，造成生態(tài)災(zāi)害。

    雖然沒有植物可從空氣中固氮，但有一部分藍(lán)藻（像植物一樣進(jìn)行光合作用的細(xì)菌）可做到這一點。在新研究中，華盛頓大學(xué)圣路易斯分校生物系裴克拉西實驗室使用了Cyanothece細(xì)菌來固氮。

    藍(lán)藻是唯一像人類一樣具有晝夜節(jié)律的細(xì)菌，Cyanothece在白天進(jìn)行光合作用，將太陽光轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；在夜間通過呼吸去除光合作用過程中產(chǎn)生的大部分氧氣后固氮。

    研究團(tuán)隊的設(shè)計思路是從Cyanothece中獲取負(fù)責(zé)晝夜機制的基因，并將其植入另一種藍(lán)藻細(xì)菌Synechocystis中，以誘導(dǎo)其從空氣中固氮。研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，一組連續(xù)的35個基因只在夜間工作，而在白天基本上保持靜默。

    Synechocystis的固氮率僅為Cyanothece的2%。然而，當(dāng)通過基因工程插入24個Cyanothece晝夜機制基因時，Synechocystis的固氮率達(dá)到了Cyanothece的30%以上。隨著添加少量氧氣（最高為1%），其固氮率顯著下降，但隨著來自Cyanothece的不同基因組的增加，固氮率再次上升，盡管與無氧條件相比還有差距。

    研究團(tuán)隊的下一步工作是，深入研究該過程的細(xì)節(jié)，進(jìn)一步縮小固氮所需的基因子集，并與植物科學(xué)家合作，將研究成果應(yīng)用到下一個層次：固氮植物。

    總編輯圈點

    藍(lán)藻是地球生態(tài)圈的奠基物種，因為它可以攫取氮，是生物蛋白質(zhì)的重要來源?？茖W(xué)家一旦掌握了藍(lán)藻的秘密，就可以通過基因工程讓更多微生物具備固氮能力。未來綠色農(nóng)業(yè)有賴于更多樣化的土壤環(huán)境和共生關(guān)系，一如中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)曾在稻田和大豆田里實現(xiàn)的。