撰文丨王聪

裁剪丨王多鱼

排版丨水成文

各人皆知，空气中78%是氮气（N 2 ），植物的滋长必需依赖氮元素，但植物并不成告成运用空气中的氨气，泥土中可被植物运用的氮绝大多量来自于固氮菌（固氮细菌和古菌）的生物固氮， 直到1909年，弗里茨·哈伯发明了合成氨技艺，齐全了东说念主工固氮，匡助东说念主类料理了化肥出产和食粮安全的要紧问题。

2024年4月11月，加州大学圣克鲁兹分校、加州大学旧金山分校等机构的盘问东说念主员合营，在海外顶尖学术期刊Science上发表了题为： Nitrogen-fixing organelle in a marine alga 的盘问论文，该论文还被选为当期封面论文。

教科书告诉咱们，生物固氮只发生于细菌和古菌中，而这项盘问发现了第一种固氮真核生物，其通过一种名为Nitroplast的新式细胞器来固定氮气 （N 2 ） 。

这一发现意旨要紧，有助于促进对植物的基因工程修订，策画出大约自行固氮的作物，从而提升着物产量，减少对化肥的需求。此外，该盘问也为从内共生体到简直细胞器的诊治提供了一个新视角。

2012年，Jonathan P. Zehr团队发现贝氏布拉藻（Braarudosphaera bigelowii） 与一种名为UCYN-A的细菌密切互动，这种细菌似乎生涯在该藻类的细胞内或名义。他们觉得，UCYN-A将氮气转变为藻类滋长所需的氨，动作陈说，藻类为其提供滋长所需的碳源。

而在这项最新盘问中，Jonathan P. Zehr团队得出新论断——UCYN-A应该被归类为藻类里面的细胞器，而不是一个零丁人命。简短1亿年前，该细菌与藻类启动了共生干系，最终演形成了藻类细胞中的一个专诚用来固氮的细胞器，盘问团队将其定名 为——Nitroplast。

盘问团队使用两个关节圭臬来敬佩细菌是否还是成为宿主细胞中的细胞器。率先，该细菌的细胞结构必须通过宿主细胞世代相传。其次，这种结构必须依赖于宿主细胞提供的卵白质。

通过对数十个处于细胞区别不同阶段的贝氏布拉藻细胞进行成像，他们发现，在整个这个词采类细胞区别之前，Nitroplast还是一分为二，通过这种样貌，一个Nitroplast从亲本细胞传递给它的后代，就像其它细胞器相似。

接下来，盘问团队发现，Nitroplast从贝氏布拉藻细胞中取得滋长所需的卵白质，Nitroplast占据该藻类细胞体积的8%以上，Nitroplast缺少光合营用和制造遗传物资所需的关节卵白质，必需依赖于藻类产生的好多卵白质。

盘问团队暗示，了解Nitroplast是怎样与其宿主细胞互相作用的，不错匡助策画出大约自行生物固氮的农作物，从而减少对氮肥的需求，并减少环境阻难。虽然，将生物固氮才调引入植物中并非易事。

与细菌等原核生物比拟，真核生物领有复杂的细胞器，举例线粒体和叶绿体，内共生假说觉得，真核生物中的线粒体和叶绿体是由细菌进化而来。生物固氮是一些原核生物的稀零才调，而这项盘问显现， UCYN-A在漫长的进化历程中，与贝氏布拉藻之间绝顶了内共生，成为了其一种处于早期进化阶段的细胞器。这为从内共生体到简直细胞器的诊治提供了一个新视角。

论文蚁集：

1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1075

2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.1222700