基因工程提升光合菌的固氮活性
2018/09/05 @國際
示意圖
早期農民進行耕作時，每隔一段時間便會進行休耕，於土地地力恢復後再進行下一波種植。隨著人們對於糧食的需求量提高，重複使用同一塊土地種植作物會快速消耗地力，需要依照土壤性質、作物需求與環境變化適時提供肥料，才能確保植物生長良好；但肥料施用後並不完全被植物吸收，反而易受到雨水逕流、微生物利用或其他因素而損失，反而造成藻華等環境汙染。
氮肥是作物主要養分之一，但是植物卻無法自行固定空氣中的氮，只能依靠微生物協助固氮或經由土壤吸收所需的含氮物質。此外，生產肥料需要消耗大量能源，不符合現今各地所提倡之永續性，因此美國華盛頓大學(Washington University)研究藍綠菌Cyanothece的固氮機制，希望將其應用於作物上，穩定未來全球的糧食安全。
微生物可經由固氮酵素(nitrogenase)催化固氮作用，但此酵素卻會因為氧氣存在而失去效用，而藍綠菌Cyanothece可在白天行光合作用，並在夜間固定氮氣，故研究小組將Cyanothece 中的固氮基因群nif (nitrogen fixation)轉移至另一種藍細菌中，並加入氫化酶(hydrogenase)基因，成功提升固氮酵素對氧氣的耐受性，目前工程化的Synechocystis 6803菌株具有超過30%的固氮活性。【延伸閱讀】促進藍綠菌生產琥珀酸之方法
研究小組未來將會繼續探討固氮基因群的影響細節，或應用於植物細胞的其他可能性，希望未來可減少施肥所帶來的能量與勞動力消耗。
相關研究發表於美國微生物學會(American Society for Microbiology)推出的<mBio>
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