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                上海科学家解答生物学热点难题 2020-12-10
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                ??氮素是蛋白质与核酸等生命体的基本组成元素,参与植物的生长发育、物质合成与代谢等一系列生物学过程。早在1888年,德国科学家发现豆科植物与№根瘤菌共生可以将氮气转化成植物需要ξ的氮素营养。100多年来,“为什么豆科植物能与根瘤菌共生固氮”的问题一直困扰着该领域的研ξ 究者。

                ??中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队今天在国际顶◇尖学术期刊《自然》发表论文,研究揭示豆科植物皮层细胞获得SHRSCR干细胞分子模块,使其有Ψ 别于非豆科植物,从而回答了百余年来的这一科学难题。

                ??空气中氮元素丰富,但植物不能直接利∞用。氮是可遇而不可ζ 求的,固氮反应需要很高的能量输入。当前,农业生产主要』通过大量施用氮肥来提︽高农作物产量,我国7%的耕地使用了世界35%的氮肥,导致水体富营养化严重∏,是我国农业生产中亟待解◣决的问题之一。与此同时,人工合成氮肥不仅耗费大量能源,也造成了严重的生态环境污染。

                ??前人的科学研究发现,豆科植物与根瘤菌共生可以将氮气转化成植物需要的氮素营卐养。有趣的是,能与根瘤菌共生固氮的物种只分布于豆目、蔷薇目、葫芦目和壳斗目↑中。对豆科植物与根瘤菌共生固氮的研究,一直是生物学研究的热点前沿领域。经过8年科研攻关,王二⊙涛团队研究发现,在豆科植物进化过程中,SHRSCR干细胞①分子模块赋予了豆科植物皮层细胞分裂能♀力,形成根瘤。由此,豆科植物与非豆科植物有了不同的命运。“我们希望把豆科植物与根瘤∴菌共生固氮现象移植〖到非豆科植物,这样有助于减少非豆科农作物对氮肥的依赖。”

                ??研究⌒ 团队发现,在非豆科植物拟南芥和水稻根中异位过量表ω达SHR-SCR分子模块,同样可以诱导根皮层细胞分裂。“这就像是筑巢♂引凤,为根瘤菌建※造了一座房子让其搬进去住,后续是否能共生固氮虽然现在还不得而知,但已迈出了关键的一步】。”中科院分子植物卓越中心副主任」龚继明说。该项研究发现◥,SHR-SCR分子模块是植物皮层细█胞分裂的充分必要条件。这一发现不仅加深了人们对共生固氮的理解,也为非豆科植物皮层细胞命运的改造奠定了基◣础,为今后减●少农作物对氮肥的依赖,实现农业生产的可持续发展提供了新的思路。

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