與土壤中的根瘤菌共生，利用空氣中的氮氣“自造”氮肥，豆科植物為何有此特殊本領？這個困擾了植物學家百余年的謎團，終于被上?？茖W家解開。今天凌晨，國際著名學術期刊《自然》雜志在線發(fā)表了中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心王二濤研究員團隊的最新發(fā)現。

　　早在1888年，德國科學家就發(fā)現，豆科植物與根瘤菌共生，可以將氮氣轉化成植物需要的氮素營養(yǎng)。這是一場雙贏的“交易”：豆科植物根部會長出瘤狀結構供根瘤菌“居住”，給它提供生長所必需的碳水化合物；作為回報，根瘤菌會將氮氣轉變成含氮化合物，滿足豆科植物對氮元素的需求。而根瘤菌所產生的多余氮素也會釋放到土壤中，被其他植物利用。待豆科植物死后，部分根瘤菌又被重新釋放進入土壤，進而在土壤中循環(huán)。

　　有趣的是，具有這手“雇傭”固氮細菌本領的物種，只分布于豆目、薔薇目、葫蘆目和殼斗目植物中。這種奇特本領背后，究竟“隱藏”著植物體內怎樣的機制？王二濤研究員從觀察這些植物的根瘤結構入手，經過八年不懈追蹤，終于解開了這個百年謎團。

　　原來，這類植物中的一個干細胞關鍵轉錄因子SHR在進化中丟失了幾個氨基酸，這使得它們在植物根維管束細胞中被制造出來后，能夠移動到位于植物根部的皮層細胞里。在這里，SHR會遇到另一個干細胞關鍵基因SCR，形成SHR-SCR干細胞分子模塊。這一模塊能促使皮層細胞分裂，形成根瘤。

　　“這就好比筑巢引鳳，是引來根瘤菌共生的前提條件。”中科院分子植物卓越中心副主任龔繼明解釋，大豆等種子富含蛋白質，因此豆科植物對于氮素的營養(yǎng)需求特別大?？赡苷窃从谶@種自身需求，它們才在千百萬年的進化中發(fā)展出了“雇傭”根瘤菌生產氮肥的本領——利用光合作用產物，換取珍貴的氮素營養(yǎng)。研究組還發(fā)現，當有根瘤菌侵染時，SHR就會更快更多地移動到皮層細胞中，并在那里富集。

　　令研究組興奮的是，將SHR-SCR干細胞分子模塊引入水稻、擬南芥等植物后，也會引起相應皮層細胞增生。這是否意味著豆科植物獨有的固氮本領，也可能“移植”到其他植物中？

　　讓水稻、小麥、玉米等重要農作物都能“自造”氮肥，是農學家們幾百年的夢想?！皩⒌獨庾兂傻?，需要消耗巨大能量，而氮肥只有1/3能被農作物吸收，其余會對環(huán)境造成污染。”龔繼明表示，盡管真正實現植物固氮本領的轉移，還有諸多科學難題需要攻克，但這次發(fā)現無疑為夢想實現邁出了關鍵一步。

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