以空气为肥料,向未来农业迈进

新技术 2018年05月17日

日本名古屋大学研究生院生命农学研究科的藤田祐一教授领导的研发小组,通过在蓝藻中导入固氮酶基因,首次使固氮酶在光合生物上发挥了作用。这项研究成果向实现“以空气为肥料”的未来农业迈出了一大步。以空气为肥料是指让作物具备固氮能力,从而不再使用氮肥。

氮肥通过工业固氮法制造,制造过程中会消耗大量化石燃料。而且,作物的产量严重依赖于氮肥,因此,为了增加产量,就会过度施肥,由此导致的环境污染日益严重。微生物中的有些物质具备利用酶将空气中的氮气变成氮肥的能力。如果能让作物拥有这种酶,作物自身就能将空气中的氮气变成氮肥,从而有望实现“以空气为肥料”的农业。不过,这种想法在技术上很难实现,因为酶对氧气的耐受性较弱,而且需要大量基因等。

藤田的研发小组在蓝藻中导入了固氮酶及相关基因(26个),首次在光合生物身上使固氮酶成功发挥了作用。

利用这项研究成果有望在植物中导入固氮酶,是向实现无需化学肥料、“以空气为肥料”的农业迈出的一大步。

研发小组在此前的研究中发现了一种基因,这种基因是能固氮的蓝藻(图1A,织线藻)进行固氮所必需的,另外还发现了一种蛋白质(CnfR蛋白质),这种蛋白质能发出制造固氮酶的指令。在此次的研究中,研究人员试着把包括织线藻固氮基因在内的全部25个基因和CnfR基因导入不能固氮的蓝藻(图1B,集胞藻6803)中,使其具备固氮能力。由于想导入的DNA片段长达20.8kb,因此将其分成了5段,首先制作导入第一个片段的藻株,然后在该藻株中导入第二个片段,重复这一操作导入五个基因片段,最后再导入CnfR基因,制作出目标藻株(CN1藻株,图1B)。另外,还制作了比CN1多导入1个基因,即导入26个基因的藻株(CN2藻株),以及比CN1多导入4个基因、即导入29个基因的藻株(CN3藻株,图1B)。

此次的研究成果已于2018年5月9日发布在英国科学杂志《Sciectific Reports》上。

<参考图>

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图1:A是具备固氮能力的蓝藻及其固氮基因、B是不具备固氮能力的蓝藻以及向其导入基因新制作的3个藻株

蓝藻有具备固氮能力的品种(A,织线藻)和不具备固氮能里的品种(B,集胞藻6803)。研究人员把包含织线藻固氮基因的一段基因组(20.8kb)分成5个片段(Ⅰ~Ⅴ),分阶段导入集胞藻6803中,然后再导入CnfR蛋白质基因,制作了CN1藻株。还制作了在CN1藻株中又增加1个基因的CN2藻株和增加4个基因的CN3藻株(将在此次介绍的论文的基础上进行改进再发表)

文 客观日本编辑部

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