植物從苗苗茁壯成長(zhǎng)，少不了氮素的貢獻(xiàn)。雖然空氣中氮元素豐富，但它卻不“與人方便”——植物無法直接利用。為了提高作物產(chǎn)量，人們大量施用氮肥，但這是把雙刃劍：產(chǎn)量提升了，卻也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，典型表現(xiàn)就是水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)耕地面積占世界7%，卻使用了全球35%的氮肥。

　　要知道，氮?dú)獾娜I被打破才能為生物學(xué)上所用，且非生物固氮會(huì)消耗大量的能源。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)。這對(duì)“共生體”中，豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環(huán)境及生長(zhǎng)所必須的碳水化合物；作為回報(bào)，根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)變成含氮化合物，滿足豆科植物對(duì)氮元素的需求。并且，固定的氮素也會(huì)釋放到土壤中，被其他植物利用。這就不難理解，大豆、小麥、玉米輪作的一片土地可以少施肥，卻與使用農(nóng)業(yè)化肥種植小麥、玉米的土地相比，產(chǎn)量相差無幾。

　　有意思的是，能夠與固氮細(xì)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。百年多來，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。其中，“為什么豆科植物能與根瘤菌共生固氮”的問題一直困擾著該領(lǐng)域的研究者。

　　經(jīng)過8年科研攻關(guān)，北京時(shí)間今天（10日）凌晨，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》（Nature）上發(fā)表論文，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，解開了上述問題之謎。

　　王二濤自2013年留學(xué)歸國(guó)起，就投入了豆科植物與根瘤菌共生固氮領(lǐng)域，在此之前，根瘤起始發(fā)育領(lǐng)域幾乎是一張白紙。研究團(tuán)隊(duì)大膽假設(shè)：豆科植物的細(xì)胞命運(yùn)和非豆科植物不同。他們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在豆科植物進(jìn)化過程中，豆科植物干細(xì)胞關(guān)鍵基因SCR在皮層細(xì)胞表達(dá)，另一個(gè)干細(xì)胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子SHR在維管束表達(dá)后移動(dòng)到皮層細(xì)胞，兩者結(jié)合產(chǎn)生“神奇魔法”——豆科植物皮層細(xì)胞擁有了分裂的潛能。由此，豆科植物與非豆科植物走上了不同的命運(yùn)。在豆科植物苜蓿中，SHR與SCR結(jié)合形成的干細(xì)胞分子模塊能夠被根瘤菌的信號(hào)激活，誘導(dǎo)皮層分裂，從而形成根瘤。

　　更令科學(xué)家們興奮的是，當(dāng)SHR-SCR干細(xì)胞模塊植入非豆科植物擬南芥和水稻皮層細(xì)胞時(shí)，這些皮層細(xì)胞同樣具有了分裂能力。這一發(fā)現(xiàn)表明，豆科植物的皮層細(xì)胞獲得了SHR-SCR干細(xì)胞程序模塊可能是豆科植物共生結(jié)瘤固氮的前提條件。

　　“這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)了控制豆科植物和根瘤共生固氮的關(guān)鍵分子模塊，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)?！蓖醵硎?，“這一發(fā)現(xiàn)為今后減少作物對(duì)氮肥的依賴提供了新的思路。”

　　當(dāng)然，想讓非豆科植物和根瘤菌共生固氮還有漫漫長(zhǎng)路。科學(xué)家們下一步要做的，是進(jìn)一步修飾非豆科植物，看看它們能否“筑巢”引來根瘤菌，并“和諧相處”。

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