利用馬鈴薯的遺傳特性可能會減少肥料需求

土豆是世界上第三大消費食品，也是一種美味的零食。但現代農場的馬鈴薯需要大量硝酸肥形式的氮，不僅成本高昂，而且對環境有害。

一組研究人員發現，告訴土豆何時生長花和塊莖（可食用部分）的遺傳機制在植物的氮管理中也發揮著關鍵作用。調查結果於 11 月 6 日在《新植物學家，可能會導致發展需要較少肥料的馬鈴薯品種，為農民節省資金並減少馬鈴薯種植的環境足跡。

馬鈴薯原產於安第斯山脈，最初只在冬季種植塊莖，作為儲存營養的一種方式，從白天的縮短中得到啟發。因此，這些植物在 16 世紀引入歐洲時面臨著重大挑戰。冬季日照變短，氣溫冰凍，植物在長出大土豆之前就被殺死了。

最終，基因發生自然突變聖CDF1控制塊莖生長的物質可以幫助馬鈴薯植株適應在任何時間甚至更北的地方生長塊莖。這些植物不再需要季節線索。

研究人員正在研究聖CDF1為了了解它如何調節植物對日光週期的反應，發現它像一個開關一樣工作，激活某些基因，同時關閉其他基因。但他們驚訝地發現它可以打開和關閉氮吸收所必需的基因，巴塞羅那農業基因組研究中心的植物分子生物學家 Maroof Ahmed Shaikh 說。至關重要的是，聖CDF1關閉一種稱為硝酸鹽還原酶的酶的產生，這種酶會分解硝酸鹽分子，以便植物可以利用它們。

這一發現表明，使馬鈴薯成為全球主食的基因調整也使這些植物更加需要肥料。

為了測試調整這個基因是否會影響氮的吸收，研究人員種植了帶有殘疾的馬鈴薯植株。聖CDF1基因在低氮環境中（大約比典型土壤低 400 倍）並研究了它們與正常馬鈴薯植物相比的表現。這聖CDF1-缺乏氮的植物無法生長塊莖，但儘管缺乏氮，它們卻能產生更大的葉子和更長的根。 “他們看起來很高興，”謝赫說。

安第斯品種可能活性較低聖CDF1研究小組解釋說，基因可以在較少的氮肥下生長得更好。

然而，它是更積極的形式聖CDF1全世界種植的所有商業馬鈴薯品種中都存在這種物質。農業基因組學研究中心的植物生物學家薩洛梅·普拉特 (Salomé Prat) 表示，這種權衡是主要作物吸收氮的能力較差。普拉特說，“這是一個問題”，因為它導致農民使用的肥料超出了植物的吸收能力。 “下雨時，多餘的化肥會流入地下水，污染地下水。”

這一發現為開發氮效率更高的馬鈴薯品種打開了大門。研究人員計劃使用基因編輯技術來調整產生硝酸還原酶的基因，使其不會被抑制聖CDF1。該團隊進行的實驗表明，這在理論上是可能的。通過傳統育種，將農場馬鈴薯與自然改變硝酸還原酶基因的野生或傳統品種雜交，也可以實現同樣的目標。

“氮吸收是農業的主要障礙之一，”馬德里植物生物技術和基因中心的植物生物學家 Stephan Pollmann 說，他沒有參與這項新研究。波爾曼說，除了在科學上有趣之外，事實上，這一發現是在馬鈴薯中進行的，馬鈴薯是一種世界各地種植的真正作物，對糧食安全至關重要，這使得這一發現可能成為“粉碎”。 “如果你能改善硝酸鹽的同化，那麼植物的營養就會變得更大，這是非常重要的。”