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科学家正在对细菌进行工程改造，使其能为小麦作物提供氮——植物生长的必需成分。图片来源：Shakeel Ahmed/Anadolu Agency/Getty
全世界的农场依赖合成氮肥来提高作物产量，但这些化学品的生产和使用每年产生数十亿吨温室气体排放。如今，科学家在一种更绿色的替代方案上取得了进展：生物工程细菌。
这种方法借鉴了天然细菌的做法——它们将氮“固定”为可利用的形式，并提供给某些植物。科学家正在将基因特征工程化到细菌中，目标是让它们能为重要的粮食作物固定氮，如玉米（maize/corn）和小麦，而这些作物本身没有这样的天然微生物伙伴。
在11月10日发表于《Nature Biotechnology》的一篇评论中，研究人员提出，生物工程细菌最终可能替代多达一半的合成肥料。与合成肥料相比，这些细菌能更高效地向根系输送氮，这可能减少温室气体排放和水道的氮污染。但这需要一系列进展，从让不同微生物物种协同工作，到更严格的田间试验。
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9月，Switch Bioworks还获得了巴西监管机构国家生物安全技术委员会（CNTBio）的批准，在那里测试其菌株。分子生物学家Mario Murakami说，这是该国首次批准任何种类的转基因细菌进行田间试验。他是位于坎皮纳斯的CTNBio主席。
专注于编辑细菌基因而非生产转基因微生物的公司走得更远。位于明尼苏达州明尼阿波利斯的Pivot Bio表示，过去十年间，其基因编辑生物肥料已应用于美国数千万公顷农田，该公司首席技术官Travis Frey说。Pivot Bio的部分产品也已在加拿大、阿根廷、肯尼亚和巴西进行测试。
贪婪的微生物
大多数植物无法利用空气中存在的氮形态。一些作物，包括大豆和花生，宿主着能将大气氮转化为可用形态的细菌菌落。植物吸收这些氮，作为回报，提供碳来支持细菌生长。但大多数主粮作物缺乏这些微生物伙伴，导致农民依赖合成氮肥。这些化肥占全球温室气体排放的5%，并造成水道的破坏性养分污染。
几十年来，研究人员一直试图让细菌为主粮作物固定氮。直到最近，方法是从土壤中收集野生固氮菌株，施用于种子或喷洒到植物上。“这行不通，”威斯康星大学麦迪逊分校从事微生物肥料研究的生物工程师Jean-Michel Ané说。当施用于不向它们提供碳的作物时，野生微生物无法茁壮成长。
如何让作物适应气候变化：科学家说秘诀在土壤里
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doi: https://doi.org/10.1038/d41586-026-03641-8
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文章标题：工程化细菌正让农场摆脱合成化肥
正文：
- 更正 2026年11月11日：本文早期版本错误表述了 Pivot Bio 全球总部所在地。
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- Haskett, T. et al. Nature Biotechnol. 44, 1774–1778 (2026).Article Google Scholar
Haskett, T. et al. Nature Biotechnol. 44, 1774–1778 (2026).
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