墨西哥玉米驚現固氮“超能力”

□《大西洋月刊》科學分欄撰稿人Ed Yong

《中國農資》記者李鑫譯

玉米固氮能力被發現

千百年來，墨西哥南部塞拉米實山區的居民一直在氮缺乏的土壤中，種植著一種巨型玉米，高度可達16英尺，甚至更多。更令人驚嘆的是，他們在幾乎不施加任何肥料的情況下依舊能夠迎來豐收。塞拉米實地區的巨型玉米成熟期為8個月，從商貿角度來說時間過長，但是，如果將其與僅需3個月就可成熟的普通品種玉米雜交，那么這將會是農業領域的一項重大變革。

加州大學戴維斯分校教授艾倫·貝內特（Alan Bennett）帶領的研究小組發現，該玉米品種擁有一種特殊的氣生根。這種氣生根呈紅色，手指般大小，并纏繞在玉米莖稈上。它們通過分泌附帶某種微生物的黏液，能夠讓作物直接將空氣中的氮“化為己用”。

氮營養是植物生長和發育過程中不可或缺的重要元素，參與了植物生長與發育、蛋白質和核酸結構組成等一系列生物學過程。眾所周知，空氣中存有大量的氮，但因其惰性強，故難以利用。而一些細菌可將大氣中的氮轉化為更有用的化合物，如氨——這一過程被稱為“固氮”。還有一些豆類植物的根部本身就具備這種固氮細菌。但是，像玉米、水稻等禾谷類作物，大部分并沒有這種特性，所以，美國農民每年需要在玉米田里施用超過660萬噸的氮肥。

“生產肥料需要消耗大量的能量，并且還會造成作物營養的失衡，引起藻類植物的大量繁殖，進而出現死亡水域。”加州州立大學北嶺分校進化生物學家杰里米·約德（Jeremy Yoder）表示，尤其對于土壤貧瘠的發展中國家而言，如果能夠種植具備固氮能力的玉米將會降低種植成本，并且還能夠減少作物生長過程中對環境的破壞。

值得一提的是，戴維斯分校的研究小組將以塞拉米實地區的情況開展重點課題研究工作，并與墨西哥政府簽訂了具體的法律協議，確保在《生物多樣性公約關于獲取遺傳資源和公正和公平分享其利用所產生惠益的名古屋議定書》的支持下，與墨西哥共享研究成果以及隨之而來的商業化利益。發起這一項目的美國瑪氏公司農業部主管霍華德-雅娜·夏皮羅（Howard-Yana Shapiro）表示，這是墨西哥政府頒發的第一個關于該協議的證書，也是第一個由其他國家頒發給美國企業的證書，這對于兩國開展深入合作、共同促進農業發展具有劃時代的意義。

19世紀80年代，夏皮羅作為一名獨立研究員，在得知這種附著黏液的玉米品種后，就代表墨西哥政府專注于研究這種特殊作物。他猜測，玉米莖上的黏液就是作物固氮的主要“陣地”，但囿于當時的科技水平，無法驗證這一猜想。為探究其中奧秘，戴維斯分校研究團隊利用現代DNA測序技術對玉米進行檢測，結果表明，黏液中的微生物具有固氮作用。與此同時，研究小組還對粘液進行了化學分析，結果顯示，這種黏液中含有大量可用糖，通過隔絕氧氣的方式為微生物的生長提供了必要條件。接著，研究小組進行了五種不同的測驗，都證實了這種微生物具備固氮能力，并且有30%-80%的氮會被玉米利用。

業內態度尚存疑慮

一直以來，科學家們致力于嘗試通過基因工程制造出一種固氮谷物，但目前為止，進展甚微。現如今，我們已經發現了至少有一種玉米具備固氮能力，那么接下來就有可能通過雜交、移植黏液或兩者并用等方式，將這種能力轉移到普通品種中去。

但俄亥俄州立大學的克里斯汀·默瑟（Kristin Mercer）博士對此則持謹慎態度。她表示，很長一段時間以來，該品種玉米在一定程度上解決了當地的糧食安全問題。然而，如果我們全面推廣使用，隨之而來的一系列潛在問題將會凸顯。她進一步提出，若將這一技術分享給公共或私人育種項目，其中是否存在知識產權問題？若將該玉米品種出售給處于貧困地區的農民，對于他們而言是否會是一種合理的解決方案？默瑟博士補充道，數千年來，當地農民“守護”著這些基因資源，并且驚嘆于這一奇妙的生物學現象，現如今要試圖破解這一“未解之謎”，這一過程會比我們想象中的要更加艱難。