墨西哥玉米惊现固氮“超能力”

□《大西洋月刊》科学分栏撰稿人Ed Yong

《中国农资》记者李鑫译

玉米固氮能力被发现

千百年来，墨西哥南部塞拉米实山区的居民一直在氮缺乏的土壤中，种植着一种巨型玉米，高度可达16英尺，甚至更多。更令人惊叹的是，他们在几乎不施加任何肥料的情况下依旧能够迎来丰收。塞拉米实地区的巨型玉米成熟期为8个月，从商贸角度来说时间过长，但是，如果将其与仅需3个月就可成熟的普通品种玉米杂交，那么这将会是农业领域的一项重大变革。

加州大学戴维斯分校教授艾伦·贝内特（Alan Bennett）带领的研究小组发现，该玉米品种拥有一种特殊的气生根。这种气生根呈红色，手指般大小，并缠绕在玉米茎秆上。它们通过分泌附带某种微生物的黏液，能够让作物直接将空气中的氮“化为己用”。

氮营养是植物生长和发育过程中不可或缺的重要元素，参与了植物生长与发育、蛋白质和核酸结构组成等一系列生物学过程。众所周知，空气中存有大量的氮，但因其惰性强，故难以利用。而一些细菌可将大气中的氮转化为更有用的化合物，如氨——这一过程被称为“固氮”。还有一些豆类植物的根部本身就具备这种固氮细菌。但是，像玉米、水稻等禾谷类作物，大部分并没有这种特性，所以，美国农民每年需要在玉米田里施用超过660万吨的氮肥。

“生产肥料需要消耗大量的能量，并且还会造成作物营养的失衡，引起藻类植物的大量繁殖，进而出现死亡水域。”加州州立大学北岭分校进化生物学家杰里米·约德（Jeremy Yoder）表示，尤其对于土壤贫瘠的发展中国家而言，如果能够种植具备固氮能力的玉米将会降低种植成本，并且还能够减少作物生长过程中对环境的破坏。

值得一提的是，戴维斯分校的研究小组将以塞拉米实地区的情况开展重点课题研究工作，并与墨西哥政府签订了具体的法律协议，确保在《生物多样性公约关于获取遗传资源和公正和公平分享其利用所产生惠益的名古屋议定书》的支持下，与墨西哥共享研究成果以及随之而来的商业化利益。发起这一项目的美国玛氏公司农业部主管霍华德-雅娜·夏皮罗（Howard-Yana Shapiro）表示，这是墨西哥政府颁发的第一个关于该协议的证书，也是第一个由其他国家颁发给美国企业的证书，这对于两国开展深入合作、共同促进农业发展具有划时代的意义。

19世纪80年代，夏皮罗作为一名独立研究员，在得知这种附着黏液的玉米品种后，就代表墨西哥政府专注于研究这种特殊作物。他猜测，玉米茎上的黏液就是作物固氮的主要“阵地”，但囿于当时的科技水平，无法验证这一猜想。为探究其中奥秘，戴维斯分校研究团队利用现代DNA测序技术对玉米进行检测，结果表明，黏液中的微生物具有固氮作用。与此同时，研究小组还对粘液进行了化学分析，结果显示，这种黏液中含有大量可用糖，通过隔绝氧气的方式为微生物的生长提供了必要条件。接着，研究小组进行了五种不同的测验，都证实了这种微生物具备固氮能力，并且有30%-80%的氮会被玉米利用。

业内态度尚存疑虑

一直以来，科学家们致力于尝试通过基因工程制造出一种固氮谷物，但目前为止，进展甚微。现如今，我们已经发现了至少有一种玉米具备固氮能力，那么接下来就有可能通过杂交、移植黏液或两者并用等方式，将这种能力转移到普通品种中去。

但俄亥俄州立大学的克里斯汀·默瑟（Kristin Mercer）博士对此则持谨慎态度。她表示，很长一段时间以来，该品种玉米在一定程度上解决了当地的粮食安全问题。然而，如果我们全面推广使用，随之而来的一系列潜在问题将会凸显。她进一步提出，若将这一技术分享给公共或私人育种项目，其中是否存在知识产权问题？若将该玉米品种出售给处于贫困地区的农民，对于他们而言是否会是一种合理的解决方案？默瑟博士补充道，数千年来，当地农民“守护”着这些基因资源，并且惊叹于这一奇妙的生物学现象，现如今要试图破解这一“未解之谜”，这一过程会比我们想象中的要更加艰难。