研究人员设计细菌以在氛围中缔造肥料

网络整理 2019-04-09 13:04

研究人员设计细菌以在氛围中缔造肥料

该团队的下一步事情是深入研究该进程的细节,可能进一步缩小固氮所需的基因子集,并与其他植物科学家相助,将本研究的履历教导应用到下一个条理:固氮植物。

在这项研究中利用的细菌Cyanothece可以或许固氮,因为它与人类有配合之处。

该团队还包罗研究助理Michelle Liberton,前研究员Jingjie Yu和Deng Liu手动从集胞藻中去除氧气,并添加了来自Cyanothece的基因。研究人员发明Synechocystis可以或许以2%的Cyanothece固氮。然而,当刘博士作为该项目标支柱的博士后研究人员开始去除个中的一些基因时,工作变得很是有趣。只有24个Cyanothece基因,Synechocystis可以或许以高出Cyanothece 30%的比率牢靠氮。

“蓝藻是独一具有昼夜节律的细菌,”Pakrasi说。有趣的是,Cyanothece在白日举办光合浸染,将阳光转化为它们用作燃料的化学能,并在通过呼吸去除光合浸染进程中发生的大部门氧气后,在夜间牢靠氮气。

然而,我们周围尚有别的富厚的氮源。地球大气层的氮含量约为78%,生物系的Pakrasi尝试室只是设计了一种可以操作大气气体的细菌 - 一种被称为“牢靠”氮气的进程 - 这是一个可以做的工程植物的重要步调沟通。

这些告诉大概听起来像科幻小说中的一些对象,但华盛顿大学圣路易斯科学家的新研究表白,很大概很快就可以设计植物来开拓本身的肥料。这一发明大概对农业和地球康健发生革命性的影响。

缔造肥料是能源麋集型的,而且该进程发生的温室气体是气候变革的主要驱动因素。它效率低下。施肥是氮的通报系统,植物用它来发生叶绿素用于光合浸染,但贸易肥料中不到40%的氮能使其进入植物。

该研究由Himadri Pakrasi率领,Glassberg-Greensfelder精巧大学艺术与科学生物系传授,国际能源,情况与可一连成长中心(InCEES)主任;生物学高级研究员Maitrayee Bhattacharyya-Pakrasi颁发于5月/ 6月的mBio期刊。

植物受精后,尚有另一个问题:径流。肥料被雨水冲走,流入河道,河道,海湾和湖泊,喂养藻类,这些藻类大概会失去节制,否决阳光并杀死下面的植物和动物。

“假如它乐成了,”Bhattacharyya-Pakrasi说,“这将是农业的重大变革。”

“这意味着工程打算是可行的,”Pakrasi说。“我必需说,这项成绩超出了我的预期。”

按照世界银行提高的产量,对家庭或城镇有利的局限和释放时间,可以操作氛围中的氮来操作农作物对全国约8亿人的自给农夫最有效。曾经用手工撒肥。

这项研究的基础在于,固然没有植物可以从氛围中牢靠氮,可是有一部门蓝细菌(像植物一样光合浸染的细菌)可以或许这样做。纵然作为光合浸染的副产品氧气滋扰固氮进程,蓝藻也可以做到这一点。

为了找到正确的基因序列,研究小组寻找了明晰的昼夜节律。“我们看到一组持续的35个基因只在晚上干事,”Pakrasi说,“他们在白日根基上保持沉默沉静。”

跟着添加少量氧气(高达1%),固氮率明显下降,但跟着来自Cyanothece的差异基因组的增加,固氮率再次上升,尽量没有到达没有氧气存在的速率。

研究小组想要从Cyanothece中获取基因,认真这种日夜机制,并将它们放入另一种蓝细菌Synechocystis中,以诱导这种虫从氛围中固氮。

在将来,植物将可以或许缔造本身的肥料。农夫将不再需要为他们的庄稼购置和流传肥料,增加的粮食产量将使全世界数十亿人受益,不然他们大概会受饿。

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