中大發現「自製肥料」細菌 助研發天然氮肥
香港文匯報訊（記者 史柳藝）目前，全球近半人口的糧食依賴化學氮肥生產，但化肥生產耗能巨大，且造成水污染與溫室氣體排放。另一方面，大豆、豌豆等豆科植物雖能與根瘤菌共生自行固氮，但水稻、小麥和玉米等主要糧食作物不具此能力，要長期依賴外加氮肥。香港中文大學與法國國家永續發展研究所合作的研究發現，作為豆科植物常見固氮夥伴的慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）早在與豆科植物建立共生關係前，就已具備在土壤中獨立固氮的能力，推翻學界長期認為其固氮能力主要是在根瘤內演化而來的觀點，有望為研發水稻、小麥和玉米等糧食作物的天然生物肥料帶來新方向，對環境更為友好。
中大生命科學學院副教授羅海偉率領團隊，在香港和內地多個稻田、森林和濕地採集非豆科植物根系與土壤樣本，從中鑑定出88株不同的慢生根瘤菌。這些細菌能在土壤中自由生活，更可定殖於非豆科植物根部表面，在沒有根瘤保護下固氮。團隊進一步利用基因組分析技術，重建其固氮基因的演化歷史，證實這些細菌的祖先早已具備土壤固氮能力，與豆科植物形成共生關係則是在其後多次獨立演化而成。
研究人員又發現，能自由固氮的慢生根瘤菌普遍帶有glbO基因，它能產生蛋白質保護固氮酶免受氧氣破壞，如同為細菌穿上「保護衣」；而生活在根瘤內、受植物保護的共生菌株，則於演化中失去此基因。羅海偉表示，過去大部分研究集中在根瘤內部的固氮機制，而其團隊卻證明了細菌自由生活於土壤中的狀態，才是固氮能力演化的真正起點。若能深入了解它們如何在土壤中保護固氮系統，未來便有機會改造或篩選出適用於水稻、小麥等非豆科作物的固氮菌株。團隊成員凌露指大自然早已演化出能免費提供氮肥的細菌，人類需要學會如何善用這些天然資源。
研究證實，具備獨立固氮能力的慢生根瘤菌在自然界中數量龐大且高度多樣，未來科學家有望透過基因工程或篩選技術，將這些自帶「保護衣」的細菌應用於水稻與小麥等重要糧食作物，為提升糧食安全及減少環境污染提供可持續方案。
