科學家發現豆科植物「結瘤固氮」的奧秘

2020-12-10 中工網

來源:新華網

新華社上海12月10日電(記者張建松)氮素是地球上的生命體基本組成元素,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。

早在1888年,德國科學家就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。在豆科植物與根瘤菌「合作共贏」的共生關係中,豆科植物為根瘤菌提供合適的固氮環境及生長必需的碳水化合物;作為回報,根瘤菌則將氮氣轉變成含氮化合物,滿足豆科植物對氮元素的需求。

為什麼豆科植物能與根瘤菌共生固氮,而別的植物則沒有這項技能?科學家對此深感好奇,但始終沒有搞清楚。一百多年來,成為困擾該領域研究者的一大難題。

中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤帶領研究團隊,通過現代分子生物手段,發現豆科植物之所以能「結瘤固氮」,是因為其皮層細胞獲得一種植物發育的幹細胞關鍵分子模塊「SHR-SCR」。該幹細胞分子模塊,可賦予豆科植物皮層細胞分裂能力,使豆科植物的皮層與非豆科植物不同。同時,該幹細胞分子模塊還能被根瘤菌的信號激活,誘導豆科植物形成根瘤,從而共生固氮。

業內專家認為,這一研究發現了控制豆科植物根瘤共生固氮的關鍵分子模塊,不僅加深了人們對共生固氮的理解,回答了「為什麼豆科植物能結瘤固氮」這一科學問題。同時,也為非豆科植物皮層細胞命運的改造奠定了基礎,為今後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。

12月10日,國際權威學術期刊《自然》雜誌發表了這項研究論文。

編輯:鄭鑫

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