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              為減少作物對氮肥依賴提供解決思路 中國科學家破解百年難題
              發布日期: 2020-12-10 09:11:50 來源: 東方網

              早在1888年,德國科學家發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。一百多年來,“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域的研究者。2020年12月10日凌晨,中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤研究團隊在國際頂尖學術期刊《自然》上發表論文,揭開了謎底。

              在豆科植物-根瘤菌共生中,豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環境及生長所必須的碳水化合物;作為回報,根瘤菌將氮氣轉變成含氮化合物,滿足豆科植物對氮元素的需求。另外,固定的氮素也會釋放到土壤中,被其他植物利用。有趣的是,能夠與固氮細菌進行共生固氮的物種只分布于豆目、薔薇目、葫蘆目和殼斗目中,其中以豆科植物-根瘤菌共生固氮研究較多。

              王二濤研究員

              王二濤研究員介紹,SHR-SCR是植物發育的干細胞程序關鍵模塊,在植物干細胞區域的內皮層表達。該研究發現在豆科植物進化過程中,豆科植物干細胞關鍵基因SCR在皮層細胞表達,另一個干細胞關鍵轉錄因子SHR在維管束表達后移動到皮層細胞,與SCR一起賦予豆科植物皮層細胞分裂的潛能。由此,豆科植物與非豆科植物有了不同的命運。

              苜蓿根瘤器官

              在豆科植物苜蓿中,SHR-SCR能夠被根瘤菌的信號激活,誘導皮層分裂,從而形成根瘤。而當SHR-SCR干細胞模塊被植入非豆科植物,如擬南芥、水稻的皮層細胞時,研究團隊發現這些皮層細胞具有了分裂能力。因此該研究揭示了,豆科植物由于其皮層細胞獲得了SHR-SCR干細胞分子模塊,才會有別于非豆科植物,具有與根瘤菌共生固氮的潛力。

              為今后減少作物對氮肥的依賴提供新思路

              研究團隊表示,該項研究成果不僅加深了人們對共生固氮的理解,為非豆科植物皮層細胞命運的改造奠定了基礎。

              氮素是蛋白質與核酸等生命體的基本組成元素,參與植物的生長發育、物質合成與代謝等一系列生物學過程。空氣中氮元素豐富,但植物不能直接利用。當前,農業生產主要通過大量施用氮肥來提高作物產量,人工合成氮肥不僅耗費大量的能源,也造成了嚴重的生態環境污染,是我國農業生產中亟待解決的重大問題之一。該項成果為今后減少作物對氮肥的依賴,實現農業生產的可持續發展提供了新的思路。

              標簽: 氮肥依賴

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