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科学家发现豆科植物“结瘤固氮”的奥妙
来源:新华网 发布时间:2020-12-15

   氮素是地球上的生命体基本组成元素,参与植物的生长发育、物质合成与代谢等一系列生物学过程。空气中氮元素丰富,但植物不能直接利用。

  早在1888年,德国科学家就发现豆科植物与根瘤菌共生,可以将氮气转化成植物需要的氮素营养。在豆科植物与根瘤菌“合作共赢”的共生关系中,豆科植物为根瘤菌提供合适的固氮环境及生长必需的碳水化合物;作为回报,根瘤菌则将氮气转变成含氮化合物,满足豆科植物对氮元素的需求。

  为什么豆科植物能与根瘤菌共生固氮,而别的植物则没有这项技能?科学家对此深感好奇,但始终没有搞清楚。一百多年来,成为困扰该领域研究者的一大难题。

  中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛带领研究团队,通过现代分子生物手段,发现豆科植物之所以能“结瘤固氮”,是因为其皮层细胞获得一种植物发育的干细胞关键分子模块“SHR-SCR”。该干细胞分子模块,可赋予豆科植物皮层细胞分裂能力,使豆科植物的皮层与非豆科植物不同。同时,该干细胞分子模块还能被根瘤菌的信号激活,诱导豆科植物形成根瘤,从而共生固氮。

  业内专家认为,这一研究发现了控制豆科植物根瘤共生固氮的关键分子模块,不仅加深了人们对共生固氮的理解,回答了“为什么豆科植物能结瘤固氮”这一科知识题。同时,也为非豆科植物皮层细胞命运的改造奠定了基础,为今后减少作物对氮肥的依赖,实现农业生产的可持续发展,提供了新的思路。

  12月10日,国际权威学术期刊《自然》杂志发表了这项研究论文。


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