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    细菌改造:白天光合,晚上固氮——实现植物肥料自供自给

    2018-07-23 12:36 | 作者: 冯卫东 | 标签: 固氮

    肥料制造是能源密集型产业,生产过程排放的温室气体是气候变化的重要驱动因素。植物利用肥料中的氮产生用于光合作用的叶绿素,但商业肥料中只有不到40%的氮能进入植物。而且给植物施肥后,肥料还会流失,经由雨水流入江河湖海,给藻类提供养料使其迅速繁殖,造成生态灾害。

    近日,华盛顿大学圣路易斯分校生物系Bhattacharyya-Pakrasi实验室在微生物期刊 mBio 发表了题为“Engineering Nitrogen Fixation Activity in an Oxygenic Phototroph"的研究论文,该研究利用Cyanothece细菌实现了在白天利用光合作用产生氧气,在夜间则进行固氮。



    蓝藻是唯一像人类一样具有昼夜节律的细菌,Cyanothece在白天进行光合作用,将太阳光转化为化学能;在夜间通过呼吸去除光合作用过程中产生的大部分氧气后固氮。该研究的设计思路是从Cyanothece中获取负责昼夜机制的基因,并将其植入另一种蓝藻细菌Synechocystis中,以诱导其从空气中固氮。研究团队发现,一组连续的35个基因只在夜间工作,而在白天基本上保持静默。

    Synechocystis的固氮率仅为Cyanothece的2%。然而,当通过基因工程插入24个Cyanothece昼夜机制基因时,Synechocystis的固氮率达到了Cyanothece的30%以上。随着添加少量氧气(最高为1%),其固氮率显著下降,但随着来自Cyanothece的不同基因组的增加,固氮率再次上升,尽管与无氧条件相比还有差距。


    Introduction of nif genes into Synechocystis 6803.

    研究团队的下一步工作是,深入研究该过程的细节,进一步缩小固氮所需的基因子集,并与植物科学家合作,将研究成果应用于植物固氮。
    点击底部“阅读原文”查看论文原文。该文文字部分来源于科技日报,转载时有所修改。

    来源:BioArt植物

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