在自然界中，某些原核微生物能将空气中的氮气转化为氨，这一过程称为生物固氮。利用生物固氮替代化学氮肥，在农业生产中具有巨大应用潜力。增强根际联合固氮效率，构建结瘤固氮禾本科作物，实现真核生物自主固氮，创制新一代固氮微生物产品，是当前国际生物固氮领域的研发前沿，也是一个世界性的农业科技难题。21世纪兴起的合成生物学将为生物固氮的农业应用提供革命性的解决方案。

日前，来自中国农业科学院生物技术研究所研究员林敏、燕永亮，中国农业大学教授田长富，北京大学研究员杨建国、教授王忆平共同完成的《人工高效生物固氮体系创建及其农业应用》刊登在《生命科学》上。

生物固氮与工业合成氨

文章认为，当前，国际上围绕生物固氮技术研发与农业应用，提出三阶段发展目标，即近期目标(高效固氮技术1.0版)是克服天然固氮体系缺陷，创制新一代人工高效固氮技术产品，在田间示范条件下替代化学氮肥用量25%；中期目标(结瘤固氮技术2.0版)是扩大根瘤菌宿主范围，构建非豆科作物结瘤固氮的新体系，减少化学氮肥用量50%；远期目标(自主固氮技术3.0版)是探索作物自主固氮的新途径，在特定条件下完全替代化学氮肥。

文章指出，中国是一个传统农业大国，农业是重要的温室气体排放源，同时具有巨大的碳汇潜力。人工高效生物固氮技术具有绿色环保、节能减排等优点，因为每减施1吨氮肥可节约2800千克优质煤和1600度电能，同时减少大量温室气体，如二氧化碳的排放。“生物固氮增汇肥料技术”已列入我国“碳中和技术路线发展图”，其农业应用将为我国农业绿色高质量发展和“碳中和”目标的实现发挥重要支撑作用。

人工高效生物固氮技术及其农业应用路线图

文章强调，人工高效生物固氮技术采用合成生物学模块化概念和系统设计理论，打破生物固氮反应遵循的自然法则，克服生物固氮体系的天然缺陷，突破传统固氮技术田间应用效率低下、应用效果不稳定等产业瓶颈问题，创建人工高效生物固氮体系并实现节肥增产增效的田间示范应用，为现代农业生产提供一种节能低碳、生态友好的生物供氮途径，将完全颠覆过度依赖化学氮肥的传统农业生产方式。

该研究得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、中国农业科学院科技创新工程重大科研任务的资助。

中国农业科学院生物技术研究所供图

编辑：张爽

审核：朱丽