氧氣悖論

氧氣悖論是植物生理學術語。

基本介紹

• 中文名：氧氣悖論
• 所屬學科：植物生理

定義

根瘤被稱為豆科植物的“固氮工廠”，反映豆科植物與固氮根瘤菌的共生關係。豆血紅蛋白（又稱共生血紅蛋白）存在其中，是根瘤中調節氧氣濃度的“開關”，氧氣是豆科植物和根瘤菌呼吸必需的，但根瘤菌中的固氮酶更喜歡低氧環境，“氧氣悖論”就產生了。這一悖論始終懸而未決，也就是說，迄今為止有關根瘤內豆血紅蛋白基因表達的調控機制仍不清楚。

悖論解決

2021年10月29日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心Jeremy Dale Murray團隊成功破解固氮“氧氣悖論”，他們首次發現轉錄因子NLP家族調控根瘤中豆血紅蛋白基因表達的分子機制。研究成果發表於《科學》，論文第一作者為卓越中心助理研究員姜蘇育。

悖論背景

在自然界，植物生長除了需要外界氮肥外，也會“自給自足”。如大豆等豆科植物，它們和細菌互利共生固氮，自我施肥。這就是豆科植物與固氮根瘤菌的共生關係產生的結果。

“氧氣悖論”的產生要從“固氮工廠”根瘤說起。在其中，固氮作用的執行者是類菌體。類菌體內的固氮酶可“搖身一變”，將空氣中的氮氣轉變為植物可利用的氨。與此同時，豆科植物可提供根瘤菌需要的碳水化合物，從而使豆科植物和根瘤菌實現互惠互利。

已有研究表明，豆血紅蛋白的含量和組分直接影響根瘤內固氮酶的活性，並使其在豆科植物生物固氮中發揮關鍵作用。其實，生物固氮研究已有上百年的歷史，但迄今為止有關根瘤內豆血紅蛋白基因表達調控機制仍不清楚。

重要意義

Jeremy團隊成功破解豆科植物固氮“氧氣悖論”，為生物固氮成為新型氮肥來源提供了可能，對節約農業生產成本和生態環境保護具有重要意義。