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  氮作为生命体的根本组成元素，参加着植物的成长发育、物质组成与代谢等一系列生物学进程。一百多年来，“为什么豆科植物能与根瘤菌共生固氮”的问题一向困扰着该范畴的研讨者。科技日报记者12月9日从中国科学院分子植物科学杰出立异中心王二涛研讨团队得悉，他们在世界顶尖学术期刊《天然》上宣布了一项研讨，回答了“豆科植物有别于非豆科植物能够结瘤固氮”这一科学问题。

  早在1888年，德国科学家就发现豆科植物与根瘤菌共生能够将氮气转化成植物需求的氮素营养。在豆科植物—根瘤菌共生中，豆科植物为根瘤菌供给适宜的固氮环境及成长所必需的碳水化合物；作为报答，根瘤菌将氮气转变成含氮化合物，满意豆科植物对氮元素的需求。别的，固定的氮元素也会释放到土壤中，被其他植物使用。风趣的是，能够与固氮细菌进行共生固氮的物种只散布于豆目、蔷薇目、葫芦目和壳斗目中，其间以豆科植物—根瘤菌共生固氮研讨较多。

  王二涛团队经多年研讨发现，在豆科植物进化进程中，豆科植物干细胞要害基因SCR在皮层细胞表达，另一个干细胞要害转录因子SHR在维管束表达后移动到皮层细胞，这样豆科植物的皮层细胞取得了SHR-SCR干细胞分子模块。该干细胞分子模块赋予豆科植物皮层细胞割裂才能，使豆科植物的皮层与非豆科植物不同。一起，该干细胞分子模块能够被根瘤菌的信号激活，诱导豆科植物苜蓿的皮层割裂，构成根瘤。

  SHR-SCR分子模块在豆科植物苜蓿根中的过量表达，能够诱导皮层细胞割裂构成根瘤样结构。在非豆科植物拟南芥和水稻根中异位过量表达SHR-SCR分子模块相同能诱导根皮层细胞割裂，因而SHR-SCR分子模块是植物皮层细胞割裂的充沛必要条件，标明豆科植物的皮层细胞取得SHR-SCR干细胞程序模块，可能是豆科植物共生结瘤固氮的条件事情。

  空气中氮元素丰厚，但植物不能直接使用。近年来，农业生产为进步作物产值而很多施用氮肥，不光影响全球气候均匀状况随时刻的改变，也导致水体富营养化严峻。该项作业不只加深了人们对共生固氮的了解，也为非豆科植物皮层细胞命运的改造奠定了根底，为往后削减作物对氮肥的依靠、完成农业生产的可持续发展供给了新思路。

  关于一切的生命体而言，固氮作用是不可或缺的天然进程。在某些氮元素稀疏的环境中，比方岩质的瘠薄地势，植物经过与固氮菌相互作用来获取成长所需的氮。科学家关于“植物固氮”很感兴趣，由于这关于削减化学肥料使用和能源消耗都有含义。

  植物固氮离不开一种叫做“根瘤菌”的细菌，这种细菌与植物的联系是谁也离不开谁的共生联系。氮在空气中十分足够，但它是“懒散”的，植物无法直接使用空气中的“氮”，所以这个重担就交给根瘤菌了。根瘤菌在植物根系构成根瘤固氮“工厂”，将空气中的氮转化成可经过的含氮肥料，进一步深加工成蛋白质。

  植物根系中的细菌经过固氮作用将空气中的氮元素转化成植物可用的方法并固定在其根部。许多研讨现已证明固氮作用一般发生在微生物集合的豆科植物根瘤中，比方大豆、三叶草、苜蓿和羽扇豆。

  一向以来，咱们都以为只要配备了根瘤这种共同配备的植物才能从细菌—植物共生联系中获益，固氮植物一般是豆科植物。但美国华盛顿大学科学家团队研讨之后发现，成长在瘠薄岩石地面上的杨树也可经过那些寄生在其树枝内细菌供给的营养保持成长。他们的研讨证明，固氮作用相同能发生在树枝上，这一进程并不是特别需求根瘤的参加。（记者 王春）

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