细菌改造:实现植物肥料自供自给

对农业和地球环境将产生革命性影响

2018年07月18日08:43  来源:科技日报
 
原标题:改造细菌可使植物自己制造肥料

植物能自己制造肥料听起来像是科幻故事,但据最新一期双月期刊《mBio》报道,美国研究人员创建出一种细菌,在白天可利用光合作用产生氧气,在夜间则利用氮气产生叶绿素。这一发现可能对农业和地球健康产生革命性的影响。

肥料制造是能源密集型产业,生产过程排放的温室气体是气候变化的重要驱动因素。植物利用肥料中的氮产生用于光合作用的叶绿素,但商业肥料中只有不到40%的氮能进入植物。而且给植物施肥后,肥料还会流失,经由雨水流入江河湖海,给藻类提供养料使其迅速繁殖,造成生态灾害。

虽然没有植物可从空气中固氮,但有一部分蓝藻(像植物一样进行光合作用的细菌)可做到这一点。在新研究中,华盛顿大学圣路易斯分校生物系裴克拉西实验室使用了Cyanothece细菌来固氮。

蓝藻是唯一像人类一样具有昼夜节律的细菌,Cyanothece在白天进行光合作用,将太阳光转化为化学能;在夜间通过呼吸去除光合作用过程中产生的大部分氧气后固氮。

研究团队的设计思路是从Cyanothece中获取负责昼夜机制的基因,并将其植入另一种蓝藻细菌Synechocystis中,以诱导其从空气中固氮。研究团队发现,一组连续的35个基因只在夜间工作,而在白天基本上保持静默。

Synechocystis的固氮率仅为Cyanothece的2%。然而,当通过基因工程插入24个Cyanothece昼夜机制基因时,Synechocystis的固氮率达到了Cyanothece的30%以上。随着添加少量氧气(最高为1%),其固氮率显著下降,但随着来自Cyanothece的不同基因组的增加,固氮率再次上升,尽管与无氧条件相比还有差距。

研究团队的下一步工作是,深入研究该过程的细节,进一步缩小固氮所需的基因子集,并与植物科学家合作,将研究成果应用到下一个层次:固氮植物。(冯卫东)

(责编:赵清(实习生)、熊旭)

推荐阅读

世界首台!我国量子计算机超越早期经典计算机“这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机,为最终实现超越经典计算能力的量子计算这一国际学术界称之为‘量子称霸’的目标奠定了坚实的基础。”潘建伟说。【详细】

从“气象特警”到“随身空调” 航天技术来到你身边航天技术民用化已经不是新鲜事。宝宝使用的尿不湿、方便面里的蔬菜包等,这些产品最初都是由航天技术转化而来,而我国现如今在航天技术转化民用方面,更是已经覆盖汽车、电子通信、医疗仪器等多个民用领域。【详细】