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告别化肥,细菌可帮助农作物实现自我施肥
Jake Misch一家四代人都在印第安纳州西北部的沙质土壤上种植玉米。和当地的其他农民一样,Misch也会在春天播种的时候,为作物喷洒富含氮的肥料,特别是在年末,正值玉米生长高峰期,特地要喷洒一次。施肥是保证作物健康生长必不可少的环节,但它的成本实在太高,所以Misch一直在思考能不能有更好的办法,并且,他也知道施肥对环境造成的损害很大。
所以第二年,Misch想要尝试一些新的东西。春天,他会用一种液态的益生菌来浇灌刚犁沟的玉米种子。随着幼苗的生长,这些特殊的微生物会在它们的根部定居,形成毛茸茸的节点,并将大气中的氮透过光合作用转化为为糖的形式。如果进展顺利,这些小小的微生物会帮助每英亩的玉米产生25磅可用氮。
Pivot Bio正是这样一家研究微生物的初创公司,它位于加州伯克利,声称为美国的玉米种植者推出了第一种也是目前唯一一种产氮微生物疗法,此产品并非完全替代化肥,但可以帮助农民减少对化肥的依赖。据悉,化肥生产所产生的气体是温室气体的一大来源,并且只要它进入农田,渗入含水层或流入河流,就会导致大量的有毒藻类进行繁殖。Pivot公司表示,如果美国的每一位玉米种植者都能效仿Misch的做法,那么就相当于减少了100万辆汽车在公路上行驶。
Pivot的首席执行官兼联合创始人Karsten Temme说,“我们正试图创造一种生态时代的精神。”Pivot目前已筹集到了7000万美元的B轮融资,由比尔•盖茨名下的Breakthrough Energy Ventures牵头,据了解,该投资基金主要关注削减温室气体排放的项目。
利用地下微生物来解决现代农业面临问题并不是一种新想法。几十年来,农民们其实一直都知道在土地上布满杀虫细菌,但直到最近,农业微生物才真正引发了投资者的关注。早在2014年,Pivot和Indigo Ag等初创公司就开始寻找有关的有机产品。去年,德国生物科技巨头Bayer与生物工程组织公司Ginkgo Bioworks成立了一家价值1亿美元的合资企业,主要是利用细菌培育产出能够自我施肥的作物。
这家合资企业现在被称为Joyn Bio,使用合成生物设计出对玉米和小麦有价值的有机体,就像天然微生物对大豆等豆类作物发挥的作用一样。据悉,Joyn Bio的首发产品还需要2-3年的实地测试。
另一方面,Pivot看到了自然中存在的天然优势。他们知道,有些细菌本来就生活在玉米的根上,那些细菌的DNA中有固氮基因。但是因为使用这些基金非常地耗费能量,所以这些细菌只会在需要的时候才会翻转这些固氮基因,再加上农民们总是在肥沃的土地上进行种植活动,就导致了在过去的几十年里,这些固氮基因一直处于休眠状态。“总得有人把它们唤醒。”泰姆说,“我们要做的就是唤醒微生物本来的这种功能”。
但首先,Pivot必须先找到这些微生物。于是,Pivot从美国各地种植玉米的农民那里购买了桶装土壤,Pivot的科学家便在土壤中种植了一种称为“诱饵植物”的玉米幼苗,因为它们会分泌出吸引有益细菌的物质。从土壤中可能存在着数千种微生物中,这种植物可能会从中选择十几种左右,接着,Pivot的科学家们会把玉米的根磨碎,再把混合物轻拍到一盘不含氮的琼脂上。
中枢研究中心的科学家Sarah Bloch说,一旦他们找到好的候选细菌,就会使用基因编辑的程序来重新连接他们的基因,从而保持固氮活性,哪怕是在有肥料的情况下。她说:“我们将选择一种先进的菌株,用100种不同的方法对它进行改造,然后再进行测试,看哪一种方法是最好的。”有时,往往能取得令人惊讶的重大突破。Pivot研发的第一个产品来自Sarah Bloch父亲在密苏里州的土地,在下个种植季节,便可以把这款产品向当地的农民供应了。
Sarah Bloch说:“早期,我们的很多样本都是身边的朋友和家人提供的,结果我在我爸的样品上中了头彩”。
今年夏天,进行大规模试验之前,该产品进行了五代小规模的田间试验。Pivot与来自美国各地的25名农民合作,每个人都使用了液态益生菌来种植几英亩的土地。收获的季节还没有到来,相关的数据也没有出来,但是对Misch来说已经很值得兴奋了。
他在Twitter上面得知,他的一个同事也参加了此次试验,于是上周Misch去他的农场散步,他把自己的所见所闻告诉了那位同事,使他成为了Pivot在印第安纳州的第一个客户。Misch说:“如果你回到10年前,农民对生物制品的评价褒贬不一,这些活的生物体对每一种环境都有不同的反应,但如今的科学已经取得了很大进展。”根据Misch对这些数据的处理方法,种植这种益生菌植物可以为他每英亩节省20美元,相当于他每年氮肥投资的三分之一左右。
这足以拯救地球吗?也许不会。但至少我们朝着正确的方向迈出了一步。
原文作者:Megan Molteni
文章来源:https://www.wired.com/story/farmers-can-now-buy-designer-microbes-to-replace-fertilizer/
注:文中如果涉及35斗记者采访的数据,均由受访者提供并确认。
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