固氮基因有助于提高粮食产量

科学家们已经将一组基因转移到植物定植细菌中，使其从空气中吸收氮，并将氮转化为天然的氨肥。这项工作可以帮助世界各地的农民使用较少的人工化肥来种植小麥和玉米等重要粮食作物。

包括华盛顿州立大学的两名科学家在内的一组科学家于上月底在《自然微生物学》上发表了“谷物相关细菌固氮的控制”的研究。

该研究由英国国家科学基金会和生物技术与生物科学研究理事会资助。

研究思路：利用作物共生效益自然增肥土壤

鉴于化肥价格昂贵，对环境有诸多负面影响，而且需要耗费大量能源，人们对如何减少农业化肥使用量的关注越来越多。开发新的方法来提升生物固氮对全球作物生产的促进作用，具有巨大的益处。

该团队的研究有助于分享豆科作物中发现的一种共生效益，几百年来，农民一直依靠这种作物共生效益自然增肥土壤。

豆科作物，如鹰嘴豆和小扁豆，比其他作物需要的肥料少得多，这是因为它们与其根组织内生长的细菌形成了一种共生关系。这些细菌可以将氮气转化为氨，这一过程被称为生物固氮过程。

细菌从空气中吸收氮，并将其转化为植物生长所需的氨，为植物提供能量。植物反过来为微生物提供碳和其他营养物质。

为了协同工作，豆科植物和微生物已经进化到释放彼此能理解的信号。当需要固定氮时，植物就会释放化学物质向细菌发出信号。细菌产生类似的信号，告知植物它们何时需要碳。

研究目的：利用细菌中的固氮基因群提高土壤氮含量，减少化肥的使用，提高粮食产量

减少化肥需求可能会对世界各地的粮食供应、能源使用和农业成本产生巨大影响。对世界各地的许多农民来说，化肥价格高昂。但如果不施用化肥，由于土壤缺氮，许多具有营养价值的食物将无法在许多地区生长。

为了开发一种细菌与作物共生的合成方法，科学家们致力于确定细菌中能够固氮的基因群，然后将这些基因群添加到其他细菌中。

该研究旨在增加粮食产量，帮助养活全世界人口。在欠发达国家，把粮食生产转变为不使用氮肥的工作将会是一项巨大的进步。

下一步工作方向

该研究的实验室专门研究细菌的代谢过程，即细菌产生能量和利用能量的过程，为不同生物体固氮过程提供了蓝图。接下来，研究团队的合作者——麻省理工学院合成生物学家们——将创建微生物和植物所需的机制。

来源：华盛顿州立大学