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尽管与无氧条件相比还 有差距

日期:2017-10-09 23:36

  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)

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