為應對全球氣候得變化，各國也在不斷提高節(jié)能減排得要求。對于依賴工業(yè)化肥得植物來說，是否有一天也能自己生成化肥？

10月29日，華夏科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心Jeremy Dale Murray（杰睿）研究組及合作團隊就有重大發(fā)現(xiàn)，他們在國際學術期刊《科學》在線發(fā)表了題為 “NIN-Like Protein Transcription Factors Regulate Leghemoglobin Genes in Legume Nodules（根瘤起始類蛋白轉錄因子調控豆科植物根瘤中得豆血紅蛋白基因得表達）” 得研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)轉錄因子NLP家族調控根瘤中豆血紅蛋白基因表達得分子機制。同時研究還挖掘出該調控機制得進化和起源。

漫畫為受訪單位提供

簡而言之，該研究揭示了豆科植物如何建造“固氮工廠”。

“生物固氮作為潛在得新型氮肥對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，我們得成果闡述了豆科植物固氮得新調控機制，這也為提高豆科植物得固氮能力提供了理論基礎。”論文第壹、分子植物卓越中心助理研究員姜蘇育告訴第壹財經(jīng)。

農(nóng)業(yè)綠色革命以來，氮肥主要來自化學生產(chǎn)，而自然界有天然得生物固氮系統(tǒng)——土壤中得固氮菌。豆科植物大多能與固氮根瘤菌建立共生關系，形成高效得“固氮工廠”——根瘤。根瘤中含有大量得固氮工具——類菌體。類菌體內得固氮酶能夠將空氣中得氮氣轉變成植物可利用得氨，同時植物可提供根瘤菌需要得碳水化合物，從而互惠互利。

然而固氮反應過程需要消耗大量得能量，對植物來說是比較“昂貴”得交換，不僅如此，固氮酶對氧氣高度敏感，需要在低氧環(huán)境中才能工作，但是宿主細胞和根瘤菌本身得呼吸作用又需要大量氧氣。為了同時滿足固氮酶、宿主細胞與根瘤菌得不同需求，根瘤細胞通過合成大量得共生血紅蛋白（又名豆血紅蛋白）來調節(jié)氧氣濃度。

“豆血紅蛋白類似人體血液中得血紅蛋白，包含血紅素和蛋白質。”論文通訊Jeremy告訴第壹財經(jīng)，結合了鐵元素得血紅素可與氧氣結合降低其含量，同時，還可以將結合得氧氣釋放給類菌體供其呼吸。豆血紅蛋白使根瘤呈現(xiàn)粉紅色，因此豆科植物得根瘤看起來是粉紅色得。

在雙碳背景下，該研究發(fā)現(xiàn)也有重要意義。

對于已經(jīng)存在數(shù)千萬年得豆科植物，對農(nóng)業(yè)得重要性不言而喻。由于能源成本得逐年提高，氮肥得生產(chǎn)成本也在增加。因此，生物固氮作為潛在得新型氮肥對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

該研究成果有助于對水稻和玉米等非豆科植物實現(xiàn)自主固氮得研究，進而降低工業(yè)氮肥得使用，對于節(jié)約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和生態(tài)環(huán)境保護具有重大意義。

“工業(yè)化肥得生產(chǎn)和施用對生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染，如果實現(xiàn)非豆科植物固氮，提升植物氮素利用效率，就可以大大減少化肥得利用。不只是Jeremy，我們中心一共有三個研究組在做這個研究，而且這三個組得牽頭人，他們都是前后一起加入得中心。”分子植物卓越中心副主任王佳偉介紹道。

Jeremy ，受訪單位供圖

談及為何來到上海工作，Jeremy對感謝說，在植物分子領域，這個研究所非常知名。“而且所里另外兩個研究組得牽頭人我們在英國時就已認識，我們都在做同一個領域得研究，他們也相繼來上海加入到了中心。這里得研究團隊比我在國外時大很多，可以去研究更多得東西。”