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豆科植物为何不需要施氮肥？上海科学家回答重大科学问题

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看看新闻Knews记者 张帼霞

2020-12-10 00:00

大豆、草头等大家熟悉的豆科植物，自带一种神奇的“能力”，通过共生机制，它们能把空气中的氮气转化成自身需要的氮素营养。如果把豆科植物的这种能力“复制推广”到其他植物上，就能大大减少农业对氮肥的依赖。中科院分子植物科学卓越创新中心的王二涛研究团队，今天在国际顶尖学术期刊《自然》上发表论文，回答了“为什么豆科植物能与根瘤菌共生固氮”的基础科学问题，为降低对氮肥依赖、减少环境污染，提供了新思路。

氮素是蛋白质与核酸等生命体的基本组成元素，参与了植物的生长发育、物质合成与代谢等一系列生物学过程。虽然空气中氮元素丰富，但植物却不能直接利用它。因此在农业生产中，为了获得较高的作物产量，人们需要施用大量的氮肥，导致生态环境严重污染。

早在1888年，德国科学家就发现豆科植物与根瘤菌共生，可以将空气中富含的氮气转化成自身需要的氮素营养。之后的近一个半世纪里，科学家们一直试图解答"为什么豆科植物能与根瘤菌共生固氮"这一科学问题。

经过八年科研攻关，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究团队揭开了这一谜底。揭示了豆科植物由于其皮层能获得一种干细胞分子模块，才会有别于非豆科植物，具备将氮气"为我所用"的能力。

近年来，由于我国氮肥泛滥施用，水体富营养化严重。该项成果发现了控制豆科植物根瘤共生固氮的关键分子模块，不仅加深了对"共生固氮"的理解，也为非豆科植物的改造奠定了基础。为今后减少作物对氮肥的依赖、实现农业生产的可持续发展提供了新的思路。

中科院分子植物科学卓越创新中心研究员王二涛介绍，他们的终极目标是，做出遗传改良的非豆科植物，根部能容纳根瘤菌，进行“共生固氮”，这样农业中就能少使用、甚至不使用氮肥。

（看看新闻Knews记者：张帼霞）

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