“农业”这个词让人联想起一连串的画面:一望无际的玉米地、琥珀色的麦浪、非洲的沙漠……非洲?当人们想到非洲的风景时，往往会联想到干燥空旷的乡村，而圣路易斯华盛顿大学的科学家们正致力于开发自给自足的植物，这些植物最终可能会把撒哈拉变成一片绿色的海洋。
Himadri B. Pakrasi, Glassberg Greensfelder大学艺术系生物特聘教授国际能源、环境和可持续性中心(InCEES)主任科斯塔斯·d·马拉纳斯(Costas D. Maranas)是宾夕法尼亚州立大学(Penn State)的化学工程教授。具体来说，Pakrasi和Maranas实验室希望解码蓝藻细菌的内部活动，最终用于生产固氮作物。
一个多世纪以来，世界各地的农民一直严重依赖化肥来帮助种植作物。肥料含有氮，氮是所有生命形式生长的基本元素，也是地球大气中含量丰富的元素。然而，制造人造肥料是一种能源密集的过程，它会产生温室气体，并导致严重破坏环境的径流问题。解决这个问题的一个办法是让植物从大气中吸收氮并将其转化为肥料，这个过程被称为固氮，这样植物就能自给自足。
Pakrasi说:“如果你把转基因种子交给非洲农民，农民就可以种植这些种子，这样就可以培育出不需要化学合成肥料就可以生长的农作物。”“这对农业有巨大的影响——不仅对富裕的西方世界，而且对受气候变化影响最严重的地区。”
说起来容易做起来难。大多数进行光合作用的生物体(将阳光转化为能量的植物)的细胞内无法进行固氮，因为当植物进行光合作用时，副产品是氧。当氧气和固氮酶混合时，就像毒药一样。然而，有一种生物，可以适应光合作用和氮固定在同一个细胞:蓝藻。
就像人类一样，蓝藻菌也有一个强健的昼夜节律——一个24小时的生物周期——在这期间，它们白天进行光合作用，晚上固定氮。科学家们长期以来一直在研究这些蓝绿色的生物，但对于昼夜节律是如何让蓝藻调整其代谢以实现固氮和光合作用的还没有一个详细的了解。随着基因改造工具的进步，现在有可能更深入地探索这一过程的细节。
” Pakrasi说，蓝藻菌之谜仍然有缺失的部分。“唯一能确定这些缺失部分是什么的方法就是深入到蓝藻中，梳理它们的构造。这就是这笔拨款将允许我们做的。”
换句话说，Pakrasi实验室将对蓝藻细菌进行一系列的基因改造并产生新的数据。然后，Maranas实验室将获取这些数据，并开发一个蓝藻内部工作的预测模型。Pakrasi说，这一反复的过程将需要一些时间，但是这项研究对于对抗地球面临的气候变化是必要的。
“这有点像建造一辆电动小卡车，”Pakrasi说。“你如何从一辆汽油驱动的汽车变成一辆特斯拉皮卡?”制造汽油燃料汽车的基本技术已经为人所知，但我们正以特斯拉卡车的形式进入一个新的生产模式。一旦我们搞清楚了，我们就可以把新技术应用到我们在世界各地的合作伙伴身上。”
资助:这项资助是由圣路易斯华盛顿大学的InCEES组织的。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://source.wustl.edu/2019/10/nsf-funds-research-on-nitrogen-fixation/