人們未來(lái)灑在農(nóng)田里的肥料，可能不是化肥，而是共生根瘤菌。

　　12月9日，澎湃新聞（www.thepaper.cn）從中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心獲悉，該中心王二濤研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)刻苦攻關(guān)八年，揭開(kāi)已懸了132年的世紀(jì)謎題。這一最新研究成果有望寫進(jìn)教科書，并為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收和環(huán)境保護(hù)方面作出巨大貢獻(xiàn)。10日零時(shí)在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表的這一最新發(fā)現(xiàn)，將為生物固氮研究領(lǐng)域指明新的方向。

　　這是四年內(nèi)，該研究團(tuán)隊(duì)再次取得類似重大突破。2017年6月8日，他們?cè)诹硪粐?guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上發(fā)表論文，報(bào)道了水稻、玉米、小麥等農(nóng)作物根部共生真菌的代謝秘密，顛覆了人們此前的認(rèn)知。這一發(fā)現(xiàn)，有望應(yīng)用在對(duì)抗病原真菌或真菌病害上。

　　肥料是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要手段之一，比如有機(jī)肥和大量使用的、化工廠合成的無(wú)機(jī)化肥。在各種化肥中，氮肥占了相當(dāng)大比重。

　　國(guó)家統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)顯示，2019年，中國(guó)農(nóng)用氮肥施用折純量達(dá)1930.21萬(wàn)噸。這些在工廠里化學(xué)合成的氮肥，生產(chǎn)過(guò)程耗資巨大，對(duì)環(huán)境造成污染，在利用過(guò)程大量流失或揮發(fā)。

　　但實(shí)際上，一些生物會(huì)自己生產(chǎn)氮肥，自然界也存在“自我施肥”（自己給自己施肥）的植物，它們自建“化肥廠”。比如大豆等豆科植物，它們和細(xì)菌互利共生固氮，自施氮肥，除了“自給自足”，還有“盈余”。種大豆，相當(dāng)于肥了田。

　　人類一直想弄清楚豆科植物能“自建化肥廠”秘密，想提高它們生產(chǎn)氮肥的效率，想讓水稻、玉米、小麥也學(xué)會(huì)“自建化肥廠”的本領(lǐng)。

　　132年前，1888年，在前人大量工作的基礎(chǔ)上，德國(guó)科學(xué)家發(fā)表論文，宣布是細(xì)菌生產(chǎn)了氮肥，然后送給了大豆。而大豆給這些細(xì)菌提供食物。

　　自然界能夠與細(xì)菌共生固氮的植物只局限在豆目、薔薇目、葫蘆目和殼斗目中。

　　但為什么前述過(guò)程可以發(fā)生，為什么大豆根部可以產(chǎn)生一個(gè)個(gè)粉紅色膨大囊狀的瘤狀物，細(xì)菌在這里生產(chǎn)氮肥？

　　一個(gè)多世紀(jì)過(guò)去，作為生物固氮領(lǐng)域內(nèi)研究的焦點(diǎn)問(wèn)題，無(wú)數(shù)人想要揭開(kāi)這一秘密，以便將來(lái)開(kāi)發(fā)成施肥技術(shù)并加以推廣應(yīng)用，但無(wú)果而終。

　　王二濤研究團(tuán)隊(duì)最新發(fā)表的論文打開(kāi)了一扇門。

　　人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多種能夠固氮、生產(chǎn)氮肥的細(xì)菌，但只有定植到大豆等作物的根部，并住到膨大的、粉紅色的宮殿樣的囊狀結(jié)構(gòu)——根瘤里，它們才可以高效率地生產(chǎn)氮肥。

　　什么東西促成了粉紅色宮殿的建成？

　　王二濤告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），他認(rèn)為，之所以他們團(tuán)隊(duì)能率先突破，是因?yàn)樗麄冇幸粋€(gè)大膽的假設(shè)：既然只有豆科植物等少數(shù)幾種植物能夠天然地與細(xì)菌形成粉紅色的囊，那么，這些植物根部皮層細(xì)胞應(yīng)該是特化的，換句話說(shuō)，這些皮層細(xì)胞的命運(yùn)不同于其他植物根部表皮細(xì)胞的命運(yùn)。

　　他們花費(fèi)了很大氣力，篩選了前述根中幾乎所有重要的轉(zhuǎn)錄因子，與非豆科植物根部皮層細(xì)胞內(nèi)同類轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)情況進(jìn)行比較。經(jīng)過(guò)大量的鑒定和計(jì)算，他們?cè)谖迨鄠€(gè)基因里選定了一個(gè)——SCR基因。這給他們帶來(lái)了好運(yùn)。

　　后續(xù)研究中，他們發(fā)現(xiàn)了與SCR基因配合的另一種關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子SHR。后者居然不是在表皮細(xì)胞中表達(dá)的，而是別的地方生產(chǎn)出來(lái)后，運(yùn)送過(guò)來(lái)的。王二濤告訴澎湃新聞，更奇妙的是，他們發(fā)現(xiàn)非豆科植物也有SHR，但因?yàn)榈鞍咨嫌兴煌?，竟然無(wú)法被運(yùn)送、被移動(dòng)，進(jìn)而無(wú)法形成根瘤。

　　無(wú)數(shù)出人意料的發(fā)現(xiàn)，背后是刻苦地努力和不斷地嘗試。原本在植物干細(xì)胞中表達(dá)的SHR-SCR模塊竟然是建造細(xì)菌氮肥工廠的“粉紅色廠房”的重要秘密。

　　這一技術(shù)終于可以復(fù)制了。研究人員發(fā)現(xiàn)，利用前述基因模塊，非豆科植物皮層細(xì)胞也可以具有分裂的潛能。

　　筑巢引鳳，廠房已經(jīng)有了，但生產(chǎn)氮肥的根瘤菌會(huì)在這里住得開(kāi)心嗎？會(huì)在這里高效地生產(chǎn)氮肥嗎？王二濤表示，目前僅建成了“廠房”，未來(lái)將著力解決識(shí)別等問(wèn)題，爭(zhēng)取讓生產(chǎn)氮肥的根瘤菌早日住進(jìn)去，開(kāi)始工作，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供新思路。

　　現(xiàn)在是氮肥，那么，鉀肥等其他化肥呢？人們充滿想象，未來(lái)可期。

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