儘管這種玉米看上去非常怪異，像是來自外星球，但它原產地是墨西哥瓦哈卡州塞拉米謝地區，當地人長期種植並食用這種玉米，它還有另一種令人震驚的特性——這是科學家迄今所知唯一可以直接從空氣中吸收氮，並利用氮生長的玉米品種。
出品|網易科學人欄目組 晗冰
微信|公號ID：WYKXR163
據美國生活科學網站報導，一種黏液玉米能夠解決地球上最大的汙染問題嗎？它可能看上去並不像你之前所見過的任何玉米物種，玉米莖杆高5米，大約是普通玉米的兩倍多，生長出指狀突起物，上面覆蓋著一層黏液。
儘管這種玉米看上去非常怪異，像是來自外星球，但它原產地是墨西哥瓦哈卡州塞拉米謝地區，當地人長期種植並食用這種玉米，它還有另一種令人震驚的特性——這是科學家迄今所知唯一可以直接從空氣中吸收氮，並利用氮生長的玉米品種。
氮是一種必需營養物質，這種黏液玉米能夠吸收改變全球氣候的氮氣，從而減少氮汙染，目前氮汙染已成為困擾全球的最大環境問題之一。
固氮的作用是什麼？
地球所有生物都需要氮，例如：它們需要氮構造蛋白質，使生物體能夠正常生長。雖然大氣中78%是氮，但是動物和大多數植物都無法獲得。美國加利福尼亞州大學戴維斯分校植物生物學家艾倫·本奈特(Alan Bennett)說：「這是因為我們空氣中的氮是由兩個緊密結合在一起氮原子構成，這需要大量的能量才能進行分解。」
在農作物中，只有大豆、黃豆和苜蓿等豆科植物才能吸收氮，而且它們只有在微生物的幫助下才能實現。本奈特說：「微生物利用一種酶，將大氣中的氮轉化為可用形式，例如：氨(氮分子與3個氫分子結合)或者硝酸鹽(氮分子與3個氮分子結合)。
依據美國明尼蘇達大學農作物生態學家福特·丹尼遜(R. Ford Denison)的觀點，小麥、水稻和玉米等大多數農作物都無法將大氣中的氮轉化為可用營養物質。
為什麼會存在氮汙染呢？
因為農作物無法將空氣中的氮轉化為他們可以使用的形式，農民必須以肥料的形式為他們提供固體氮。20世紀初，德國科學家弗裡茨·哈博(Fritz Haber)研製了一種叫做「哈博爾-博世(Haber-Bosch)」的技術，能夠將大氣中的氮轉化為氨，這是合成肥料的基礎，全球近一半的農民都在使用合成肥料。如果沒有生產合成肥料的能力，我們就無法提供滿足全球居民生活的食物。
然而，存在的問題是農民很難準確評估需要多少肥料，從而導致肥料使用過度和浪費，馬裡蘭大學環境科學家中心環境科學家家張新(音譯)稱，化肥中有57%的氮最終會汙染地球環境。
肥料中固體氮流入將幹擾地球正常的自然氮循環，通常情況下，這些氮物質再循環再次進入土壤之中。例如：植物中的氮是一種可用營養形式，所以當植物葉子脫落、種子成熟或者死亡時，氮物質將再次返回土壤中，為其它植物提供營養。動物也會通過尿液和糞便的方式將可用氮返回土壤，丹尼遜說：「關鍵問題在於沒有人能夠將固體氮運送到很遠的地方。」
當農作物運輸至全球各地，氮物質並不會充分循環，從而迫使農民通過施放肥料對農作物補充氮物質。
這有什麼大不了的？
2009年出版的《自然：世界主要環境問題》雜誌中一篇分析文章指出，研究人員發現氮汙染已經超過了可能導毀滅性影響的臨界點。依據科學分析，地球還存在另外兩個問題，那就是氣候變化和生物多樣性減少。
例如：在美國，化肥中過量的氮最終流入河流和水道，匯入墨西哥灣。藻類以氮作為食物，隨著藻類大量繁殖，氮物質數量也逐漸增多。然而，一旦海洋藻類死亡，將使分解藻類的微生吞噬海水中所有氧氣，形成所謂的「海洋死區」，能夠殺死海洋生命。美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)評估稱，墨西哥灣的「海洋死區」面積相當於美國新澤西州大小。
同時，硝酸鹽也將以毒性物質流入水域，一些氮可以釋放到空氣中，形成一氮化二氮(2個氮分子和1個氮分子結合)，從而消耗臭氧層，產生導致全球氣候轉暖的溫室氣體。
化肥製造本身也是一個能源密集型過程，可以製造出溫室氣體。加利福尼亞州大學伯克利分校農業經濟學家戴維·齊爾伯曼(David Zilberman)稱，化肥價格昂貴，在全球範圍內會造成高達數十億美元的浪費。
聯合國預測稱，到2050年，全球總人口將接近100億，對於食物和氮的需求只會加劇。
這種黏糊糊的玉米能夠拯救我們嗎？
8月7日《美國公共科學圖書館·生物學》雜誌發表一篇最新研究報告稱，墨西哥瓦哈卡州塞拉米謝地區生長玉米上的黏液餵養一種特殊微生物，它們可以將空氣中的氮氣固定下來。儘管科學家發現這種玉米具有吸收氮的獨特作用，並對該現象感到興奮不已，但是它可能不會立即解決任何問題。本奈特說：「當然這種玉米在種植區產量很高，但是並不直接適用於傳統的玉米生產方式。首先，玉米成熟需要8個月，比傳統玉米3個月的成熟期要長。」
研究人員測量報告顯示，這種玉米固氮含量較低，與農民對施加氮肥相比，所吸收的氮量微不足道。但是這種玉米具有重要意義，研究它可能會幫助研究人員設計或者培育「固氮玉米」，這種改良農作物要麼依靠自身，要麼獲取微生物的幫助，它將造福人類，可在減少施肥的情況下保證產量。但是丹尼遜表示，該技術實現的挑戰性很大。
為了固定氮，微生物需要大量的能量，這就需要氧氣。但是氧氣會分解微生物用於固定氮的酶。豆科植物解決這個問題的方法是將微生物放置在植物根部，植物可以在根部控制微生物的氧氣吸收量。但是使玉米具有這種能力存在很大的挑戰。丹尼遜說：「估計在我有生之年，是不會看到這項技術的實現。」
本奈特對此非常樂觀，生物技術公司、農業公司、初創公司，甚至蓋茨基金會都投入了大量資源開發固氮農作物。他指出，我對此非常有信心，所有這些方法將在未來5-10年內以某種方式融合趨同，我們可能會看到傳統玉米作物的氮元素固定水平顯著提升。
如果這樣的技術真的實現，而且對其他農作物也有效，這種收益將是巨大的。齊爾伯曼說：「對於那些無力支付化肥費用的貧窮農民，例如：非洲南部農民，通過該技術可以顯著提高農作物產量。在最樂觀的情況下，全面採用植物固氮技術可在全球範圍內節省170-700億美元費用。」
他還指出，這是一項革命性技術，它將有助於農民，有利於消費者和環境。與此同時，農民只能在必要的時間和地點採取措施提供肥料，作為「精準農業」的一部分，傳感器和無人機等新型技術正在幫助農民提高產量。
本文來源：網易科學人 責任編輯： 接丹丹_NBJS6756