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本报讯 世界各地的农田都依赖合成氮肥提高作物产量，而这些化学品的生产和使用每年会造成数十亿吨的温室气体排放。如今，科学家在一种更环保的替代方案——生物工程菌的研究方面取得了进展。科学家通过引入特定遗传特性，让细菌化身“生物肥料”，为玉米、小麦等重要粮食作物固氮。研究人员11月10日在《自然-生物技术》发表评论指出，经过生物工程改造的细菌最终可能取代一半的合成肥料，能更高效地将氮输送至作物根部，有望减少温室气体排放及水体氮污染。不过，实现这一目标还需要让不同微生物物种协同工作，并开展更严格的田间试验。
大多数植物无法利用空气中的氮。但包括大豆、花生在内的一些作物体内寄居着特殊的细菌群落，能将大气中的氮转化为植物可利用的形式。作为回报，植物为细菌提供碳来维持其生长。但大多数主粮作物缺乏这些微生物伙伴，不得不依赖合成氮肥。这些化学肥料造成的温室气体排放量占全球排放量的5%，并导致水体污染。
几十年来，研究人员一直试图让细菌为粮食作物固氮。此前，常用的方法是从土壤中采集野生固氮菌株，将其施用于种子或喷洒在植物上。“这种方法行不通。”美国威斯康星大学麦迪逊分校的生物工程师Jean-Michel Ane表示，因为一些作物无法为野生固氮菌株提供碳源。
为解决上述问题，美国Switch Bioworks公司决定对天然细菌进行基因改造，通过引入能延迟固氮过程开始的遗传物质，先让微生物在土壤里扎根、形成足够健康的菌群，再切换到“产氮模式”。
Switch Bioworks研发的上述“生物肥料”正在美国中西部农场的玉米地进行试验。这是美国首个获批开展田间试验的转基因生物肥料。田间试验尚未证明菌株能实现高水平氮素生产。但Switch Bioworks首席执行官Tim Schnabel表示，试验初步结果表明，菌株能以较高的速率在玉米上定殖，随后开始固氮。
今年9月，Switch Bioworks还获得了巴西国家生物安全技术委员会（CNTBio）的批准，在该国对其菌株进行测试。CNTBio主席、分子生物学家Mario Murakami表示，这是巴西首次批准转基因细菌进行田间试验。
要通过上述方法实现减少温室气体排放和水体氮污染的目标，仅靠细菌还不够。Ane的实验室正在开展一个项目，旨在通过基因工程改造玉米，使其更容易被固氮细菌定殖。“我们需要对这两个伙伴都进行基因改造，因为取代化学肥料真的很难。”（文乐乐）
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41587-026-03336-5
