據(jù)美國生活科學網(wǎng)站報道，一種黏液玉米能夠解決地球上最大的污染問題嗎？它可能看上去并不像你之前所見過的任何玉米物種，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?shù)厝碎L期種植并食用這種玉米，它還有另一種令人震驚的特性——這是科學家迄今所知唯一可以直接從空氣中吸收氮，并利用氮生長的玉米品種。

氮是一種必需營養(yǎng)物質(zhì)，這種黏液玉米能夠吸收改變?nèi)驓夂虻牡獨?，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。雖然大氣中78%是氮，但是動物和大多數(shù)植物都無法獲得。美國加利福尼亞州大學戴維斯分校植物生物學家艾倫·本奈特(Alan Bennett)說：“這是因為我們空氣中的氮是由兩個緊密結(jié)合在一起氮原子構(gòu)成，這需要大量的能量才能進行分解。”

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現(xiàn)。本奈特說：“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個氫分子結(jié)合)或者硝酸鹽(氮分子與3個氮分子結(jié)合)。

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

為什么會存在氮污染呢？

因為農(nóng)作物無法將空氣中的氮轉(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世紀初，德國科學家弗里茨·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。如果沒有生產(chǎn)合成肥料的能力，我們就無法提供滿足全球居民生活的食物。

然而，存在的問題是農(nóng)民很難準確評估需要多少肥料，從而導(dǎo)致肥料使用過度和浪費，馬里蘭大學環(huán)境科學家中心環(huán)境科學家家張新(音譯)稱，化肥中有57%的氮最終會污染地球環(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)再次進入土壤之中。例如：植物中的氮是一種可用營養(yǎng)形式，所以當植物葉子脫落、種子成熟或者死亡時，氮物質(zhì)將再次返回土壤中，為其它植物提供營養(yǎng)。動物也會通過尿液和糞便的方式將可用氮返回土壤，丹尼遜說：“關(guān)鍵問題在于沒有人能夠?qū)⒐腆w氮運送到很遠的地方。”

當農(nóng)作物運輸至全球各地，氮物質(zhì)并不會充分循環(huán)，從而迫使農(nóng)民通過施放肥料對農(nóng)作物補充氮物質(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)超過了可能導(dǎo)毀滅性影響的臨界點。依據(jù)科學分析，地球還存在另外兩個問題，那就是氣候變化和生物多樣性減少。

例如：在美國，化肥中過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。美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)評估稱，墨西哥灣的“海洋死區(qū)”面積相當于美國新澤西州大小。

同時，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個氮分子和1個氮分子結(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能源密集型過程，可以制造出溫室氣體。加利福尼亞州大學伯克利分校農(nóng)業(yè)經(jīng)濟學家戴維·齊爾伯曼(David Zilberman)稱，化肥價格昂貴，在全球范圍內(nèi)會造成高達數(shù)十億美元的浪費。

聯(lián)合國預(yù)測稱，到2050年，全球總?cè)丝趯⒔咏?00億，對于食物和氮的需求只會加劇。

這種黏糊糊的玉米能夠拯救我們嗎？

8月7日《美國公共科學圖書館·生物學》雜志發(fā)表一篇最新研究報告稱，墨西哥瓦哈卡州塞拉米謝地區(qū)生長玉米上的黏液喂養(yǎng)一種特殊微生物，它們可以將空氣中的氮氣固定下來。盡管科學家發(fā)現(xiàn)這種玉米具有吸收氮的獨特作用，并對該現(xiàn)象感到興奮不已，但是它可能不會立即解決任何問題。本奈特說：“當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個月，比傳統(tǒng)玉米3個月的成熟期要長。”

研究人員測量報告顯示，這種玉米固氮含量較低，與農(nóng)民對施加氮肥相比，所吸收的氮量微不足道。但是這種玉米具有重要意義，研究它可能會幫助研究人員設(shè)計或者培育“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。但是氧氣會分解微生物用于固定氮的酶。豆科植物解決這個問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：“估計在我有生之年，是不會看到這項技術(shù)的實現(xiàn)。”

本奈特對此非常樂觀，生物技術(shù)公司、農(nóng)業(yè)公司、初創(chuàng)公司，甚至蓋茨基金會都投入了大量資源開發(fā)固氮農(nóng)作物。他指出，我對此非常有信心，所有這些方法將在未來5-10年內(nèi)以某種方式融合趨同，我們可能會看到傳統(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)真的實現(xiàn)，而且對其他農(nóng)作物也有效，這種收益將是巨大的。齊爾伯曼說：“對于那些無力支付化肥費用的貧窮農(nóng)民，例如：非洲南部農(nóng)民，通過該技術(shù)可以顯著提高農(nóng)作物產(chǎn)量。在最樂觀的情況下，全面采用植物固氮技術(shù)可在全球范圍內(nèi)節(jié)省170-700億美元費用。”

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