氮素是蛋白質(zhì)與核酸等生命體的基本組成元素，參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育、物質(zhì)合成與代謝等一系列生物學(xué)過(guò)程。早在1888年，德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)豆科植物與根瘤菌共生可以將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成植物需要的氮素營(yíng)養(yǎng)。100多年來(lái)，“為什么豆科植物能與根瘤菌共生固氮”的問(wèn)題一直困擾著該領(lǐng)域的研究者。

　　解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾攉@悉，2020年12月10日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表論文，研究揭示豆科植物皮層細(xì)胞獲得SHR-SCR干細(xì)胞分子模塊，使其有別于非豆科植物，從而回答了百余年來(lái)的這一科學(xué)問(wèn)題。

　　【氮，可遇而不可求】

　　空氣中氮元素豐富，但植物不能直接利用。氮是可遇而不可求的，固氮反應(yīng)需要很高的能量輸入。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要通過(guò)大量施用氮肥來(lái)提高作物產(chǎn)量，我國(guó)7%的耕地使用了世界35%的氮肥，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的重大問(wèn)題之一。與此同時(shí)，人工合成氮肥不僅耗費(fèi)大量能源，也造成了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染。

　　前人科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，豆科植物與根瘤菌共生可以將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成植物需要的氮素營(yíng)養(yǎng)。有趣的是，能夠與根瘤菌共生固氮的物種只分布于豆目、薔薇目、葫蘆目和殼斗目中。

　　100多年來(lái)，對(duì)豆科植物-根瘤菌共生固氮的研究一直是生物學(xué)研究的熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域。

　　【為非豆科植物命運(yùn)的改造奠定了基礎(chǔ)】

　　經(jīng)過(guò)8年科研攻關(guān)，王二濤研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在豆科植物進(jìn)化過(guò)程中，SHR-SCR干細(xì)胞分子模塊賦予了豆科植物皮層細(xì)胞分裂能力，形成根瘤。由此，豆科植物與非豆科植物有了不同的命運(yùn)。

　　“我一直有一個(gè)夢(mèng)想，也是我們領(lǐng)域所有人的夢(mèng)想，就是希望能夠把豆科植物與根瘤菌共生固氮的現(xiàn)象，移植到非豆科植物，這樣可以大大減少非豆科農(nóng)作物對(duì)氮肥的依賴?！蓖醵f(shuō)。

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在非豆科植物擬南芥和水稻根中異位過(guò)量表達(dá)SHR-SCR分子模塊，同樣可以誘導(dǎo)根皮層細(xì)胞分裂?！斑@就像是筑巢引鳳，為根瘤菌建造了一座房子讓其搬進(jìn)去住，后續(xù)是否能共生固氮雖然現(xiàn)在還不得而知，但邁出了關(guān)鍵的一步?！敝锌圃悍肿又参镒吭街行母敝魅锡徖^明說(shuō)。

　　該項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)，SHR-SCR分子模塊是植物皮層細(xì)胞分裂的充分必要條件。這一發(fā)現(xiàn)不僅加深了人們對(duì)共生固氮的理解，也為非豆科植物皮層細(xì)胞命運(yùn)的改造奠定了基礎(chǔ)，為今后減少作物對(duì)氮肥的依賴，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路。

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