據(jù)美國(guó)生活科學(xué)網(wǎng)站報(bào)道,，一種黏液玉米能夠解決地球上最大的污染問(wèn)題嗎,？它可能看上去并不像你之前所見(jiàn)過(guò)的任何玉米物種,，玉米莖桿高5米,，大約是普通玉米的兩倍多,，生長(zhǎng)出指狀突起物，上面覆蓋著一層黏液,。

盡管這種玉米看上去非常怪異,，像是來(lái)自外星球，但它原產(chǎn)地是墨西哥瓦哈卡州塞拉米謝地區(qū),，當(dāng)?shù)厝碎L(zhǎng)期種植并食用這種玉米,，它還有另一種令人震驚的特性——這是科學(xué)家迄今所知唯一可以直接從空氣中吸收氮，并利用氮生長(zhǎng)的玉米品種,。

氮是一種必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這種黏液玉米能夠吸收改變?nèi)驓夂虻牡獨(dú)?，從而減少氮污染,，目前氮污染已成為困擾全球的最大環(huán)境問(wèn)題之一。

固氮的作用是什么,？

地球所有生物都需要氮,，例如：它們需要氮構(gòu)造蛋白質(zhì),，使生物體能夠正常生長(zhǎng)。雖然大氣中78%是氮,，但是動(dòng)物和大多數(shù)植物都無(wú)法獲得,。美國(guó)加利福尼亞州大學(xué)戴維斯分校植物生物學(xué)家艾倫·本奈特(Alan Bennett)說(shuō)：“這是因?yàn)槲覀兛諝庵械牡怯蓛蓚€(gè)緊密結(jié)合在一起氮原子構(gòu)成，這需要大量的能量才能進(jìn)行分解,?！?/p>

在農(nóng)作物中，只有大豆,、黃豆和苜蓿等豆科植物才能吸收氮,，而且它們只有在微生物的幫助下才能實(shí)現(xiàn)。本奈特說(shuō)：“微生物利用一種酶,，將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為可用形式,，例如：氨(氮分子與3個(gè)氫分子結(jié)合)或者硝酸鹽(氮分子與3個(gè)氮分子結(jié)合)。

依據(jù)美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)農(nóng)作物生態(tài)學(xué)家福特·丹尼遜(R. Ford Denison)的觀點(diǎn),，小麥,、水稻和玉米等大多數(shù)農(nóng)作物都無(wú)法將大氣中的氮轉(zhuǎn)化為可用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

為什么會(huì)存在氮污染呢,？

因?yàn)檗r(nóng)作物無(wú)法將空氣中的氮轉(zhuǎn)化為他們可以使用的形式,，農(nóng)民必須以肥料的形式為他們提供固體氮。20世紀(jì)初,，德國(guó)科學(xué)家弗里茨·哈博(Fritz Haber)研制了一種叫做“哈博爾-博世(Haber-Bosch)”的技術(shù),，能夠?qū)⒋髿庵械牡D(zhuǎn)化為氨，這是合成肥料的基礎(chǔ),，全球近一半的農(nóng)民都在使用合成肥料,。如果沒(méi)有生產(chǎn)合成肥料的能力，我們就無(wú)法提供滿足全球居民生活的食物,。

然而,，存在的問(wèn)題是農(nóng)民很難準(zhǔn)確評(píng)估需要多少肥料，從而導(dǎo)致肥料使用過(guò)度和浪費(fèi),，馬里蘭大學(xué)環(huán)境科學(xué)家中心環(huán)境科學(xué)家家張新(音譯)稱,，化肥中有57%的氮最終會(huì)污染地球環(huán)境。

肥料中固體氮流入將干擾地球正常的自然氮循環(huán),，通常情況下,，這些氮物質(zhì)再循環(huán)再次進(jìn)入土壤之中。例如：植物中的氮是一種可用營(yíng)養(yǎng)形式,，所以當(dāng)植物葉子脫落,、種子成熟或者死亡時(shí)，氮物質(zhì)將再次返回土壤中，為其它植物提供營(yíng)養(yǎng),。動(dòng)物也會(huì)通過(guò)尿液和糞便的方式將可用氮返回土壤,，丹尼遜說(shuō)：“關(guān)鍵問(wèn)題在于沒(méi)有人能夠?qū)⒐腆w氮運(yùn)送到很遠(yuǎn)的地方,?！?/p>

當(dāng)農(nóng)作物運(yùn)輸至全球各地，氮物質(zhì)并不會(huì)充分循環(huán),，從而迫使農(nóng)民通過(guò)施放肥料對(duì)農(nóng)作物補(bǔ)充氮物質(zhì),。

這有什么大不了的？

2009年出版的《自然：世界主要環(huán)境問(wèn)題》雜志中一篇分析文章指出,，研究人員發(fā)現(xiàn)氮污染已經(jīng)超過(guò)了可能導(dǎo)毀滅性影響的臨界點(diǎn),。依據(jù)科學(xué)分析，地球還存在另外兩個(gè)問(wèn)題,，那就是氣候變化和生物多樣性減少,。

例如：在美國(guó)，化肥中過(guò)量的氮最終流入河流和水道,，匯入墨西哥灣,。藻類以氮作為食物，隨著藻類大量繁殖,，氮物質(zhì)數(shù)量也逐漸增多,。然而，一旦海洋藻類死亡,，將使分解藻類的微生吞噬海水中所有氧氣,，形成所謂的“海洋死區(qū)”，能夠殺死海洋生命,。美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)評(píng)估稱,，墨西哥灣的“海洋死區(qū)”面積相當(dāng)于美國(guó)新澤西州大小。

同時(shí),，硝酸鹽也將以毒性物質(zhì)流入水域,，一些氮可以釋放到空氣中，形成一氮化二氮(2個(gè)氮分子和1個(gè)氮分子結(jié)合),，從而消耗臭氧層,，產(chǎn)生導(dǎo)致全球氣候轉(zhuǎn)暖的溫室氣體。

化肥制造本身也是一個(gè)能源密集型過(guò)程,，可以制造出溫室氣體,。加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家戴維·齊爾伯曼(David Zilberman)稱，化肥價(jià)格昂貴,，在全球范圍內(nèi)會(huì)造成高達(dá)數(shù)十億美元的浪費(fèi),。

聯(lián)合國(guó)預(yù)測(cè)稱，到2050年,，全球總?cè)丝趯⒔咏?00億,，對(duì)于食物和氮的需求只會(huì)加劇,。

這種黏糊糊的玉米能夠拯救我們嗎？

8月7日《美國(guó)公共科學(xué)圖書館·生物學(xué)》雜志發(fā)表一篇最新研究報(bào)告稱,，墨西哥瓦哈卡州塞拉米謝地區(qū)生長(zhǎng)玉米上的黏液喂養(yǎng)一種特殊微生物,，它們可以將空氣中的氮?dú)夤潭ㄏ聛?lái)。盡管科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種玉米具有吸收氮的獨(dú)特作用,，并對(duì)該現(xiàn)象感到興奮不已,，但是它可能不會(huì)立即解決任何問(wèn)題。本奈特說(shuō)：“當(dāng)然這種玉米在種植區(qū)產(chǎn)量很高,，但是并不直接適用于傳統(tǒng)的玉米生產(chǎn)方式,。首先，玉米成熟需要8個(gè)月,，比傳統(tǒng)玉米3個(gè)月的成熟期要長(zhǎng),。”

研究人員測(cè)量報(bào)告顯示,，這種玉米固氮含量較低,，與農(nóng)民對(duì)施加氮肥相比，所吸收的氮量微不足道,。但是這種玉米具有重要意義,，研究它可能會(huì)幫助研究人員設(shè)計(jì)或者培育“固氮玉米”，這種改良農(nóng)作物要么依靠自身,，要么獲取微生物的幫助,，它將造福人類，可在減少施肥的情況下保證產(chǎn)量,。但是丹尼遜表示,，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)性很大。

為了固定氮,，微生物需要大量的能量,，這就需要氧氣。但是氧氣會(huì)分解微生物用于固定氮的酶,。豆科植物解決這個(gè)問(wèn)題的方法是將微生物放置在植物根部,，植物可以在根部控制微生物的氧氣吸收量。但是使玉米具有這種能力存在很大的挑戰(zhàn),。丹尼遜說(shuō)：“估計(jì)在我有生之年,，是不會(huì)看到這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)?！?/p>

本奈特對(duì)此非常樂(lè)觀,，生物技術(shù)公司、農(nóng)業(yè)公司、初創(chuàng)公司,，甚至蓋茨基金會(huì)都投入了大量資源開(kāi)發(fā)固氮農(nóng)作物,。他指出，我對(duì)此非常有信心,，所有這些方法將在未來(lái)5-10年內(nèi)以某種方式融合趨同,，我們可能會(huì)看到傳統(tǒng)玉米作物的氮元素固定水平顯著提升。

如果這樣的技術(shù)真的實(shí)現(xiàn),，而且對(duì)其他農(nóng)作物也有效,，這種收益將是巨大的,。齊爾伯曼說(shuō)：“對(duì)于那些無(wú)力支付化肥費(fèi)用的貧窮農(nóng)民,，例如：非洲南部農(nóng)民，通過(guò)該技術(shù)可以顯著提高農(nóng)作物產(chǎn)量,。在最樂(lè)觀的情況下,，全面采用植物固氮技術(shù)可在全球范圍內(nèi)節(jié)省170-700億美元費(fèi)用?！?/p>

他還指出,，這是一項(xiàng)革命性技術(shù)，它將有助于農(nóng)民,，有利于消費(fèi)者和環(huán)境,。與此同時(shí)，農(nóng)民只能在必要的時(shí)間和地點(diǎn)采取措施提供肥料,，作為“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的一部分,，傳感器和無(wú)人機(jī)等新型技術(shù)正在幫助農(nóng)民提高產(chǎn)量。