向澳大利亚进口豆类

西澳大利亚的一个主要优先事项是可持续的粮食生产。面对世界上最贫瘠的土壤和不断变化的气候，这里的科学家们正在研究如何通过种植豆科植物来提高土壤肥力，豆科植物可以将氮带入土壤。这里的大多数原生豆科植物都含有毒素，所以包括羊在内的动物都不能吃它们。但这不仅仅是从其他国家引进适应甜点的物种这么简单……

我是约翰·豪伊森教授。我在莫道克大学根瘤菌研究中心工作。我们研究的最终目标是可持续食品生产。我们专注于豆类的食物生产，豆类是一种非常特殊的植物，它从空气中吸收氮，并在根部被称为根瘤菌的细菌的帮助下，打破紧密结合的氮气原子，将其转化为蛋白质。因此，要在贫瘠的土壤上实现可持续的农业生产，最好的方法就是种植豆类，同时种植根瘤菌，也就是根部的细菌，这就是我们在这个杯子里所做的。看看你是否愿意过来看看，克里斯……

克里斯-我们开始吧。

约翰-我们这里的气候变化很大。最重要的影响之一是降雨在一年中的不同时间和不同时间的降雨量，这实际上影响了我们的豆类生长。我们在这里做的一件事就是尝试选择新的豆科植物，它们已经适应了不断变化的环境。我们从世界各地的环境中收集了它们，我们认为我们正在向这些环境过渡，克里斯。我们正在收集与它们一起的根瘤菌，并筛选这两种成分，以适应西澳大利亚的环境。在这个温室里，我们做实验，我们匹配特定的根瘤菌菌株，并把它放在豆类植物上。

克里斯-所以，你不能把任何古老的根瘤菌和任何古老的植物放在一起。

约翰-不。豆科植物和根瘤菌之间的遗传关系非常复杂，所以你必须把这两组基因完美地结合在一起，才能把氮固定在根部的蛋白质中。

克里斯:所以，如果我把一种植物从一个国家搬到澳大利亚，因为它在那种环境中生长所需的土壤细菌在澳大利亚不存在，所以它就无法生长。你是这个意思吗?

约翰-嗯，完全正确，克里斯。虽然澳大利亚有大量的豆科植物，但它们的根瘤菌与世界上其他地方发现的大多数食用豆科植物完全不相容。所以，当我们把豆类带进澳大利亚并尝试驯化或种植它们时，我们也必须把根瘤菌带进来。然后我们就面临着将根瘤菌与整个农业系统将要投入的土壤相匹配的巨大挑战。

克里斯-因为细菌很挑剔。如果你把它们放在土里，它们不一定喜欢。

约翰:当然。这个州的大部分土壤都是世界上最贫瘠的土壤，因为它们不能保持水分和养分。这是一个很难引入新细菌的环境。世界上大多数用于农业的豆科植物都是在更肥沃的土壤中种植的。所以，当它们到达西澳大利亚时，它们的根瘤菌也是如此。

克里斯:那么，你是在努力寻找一种既能与植物共存又能与土壤共存的细菌组合吗?这就是挑战所在吗?

约翰:这正是一个挑战，因为当你开始研究细菌时，并不是所有的细菌都有完美固定氮的基因机制。因此，我们必须首先筛选那些能够高度固氮的细菌。一旦我们有了一群这样的虫子，我们就把它们带到田地里，在几年的时间里，我们看看它们能在多大程度上持续存在，并在我们的土壤中定居，年复一年。

克里斯:那么，给我们讲讲这些实验吧，因为我们面前有一大堆植物在生长，其中一些看起来比其他的更健康。

约翰:这实际上是一个实验，试图将一种根瘤菌与这些豆类植物相匹配，这种根瘤菌可以最有效地固定氮。我们有一盆非常贫瘠的土壤，我们添加了豆科植物生长所需的所有营养物质，除了氮，我们还添加了不同种类的根瘤菌，以选择最能固定氮的品种。我们移到右边，很多这样的罐子，全豆都很短。它们是黄色的。它们的叶子正在脱落。它们都变成棕色了。这是与这种特殊的豆子共生的根瘤菌不好的症状。在你的左边，克里斯，你可以看到一些深绿色的豆子。他们是健康的。上面一个污点都没有。 They've got a very good strain of rhizobium. Let me show you what these look like - pull one of these plants out of the pot. You can see these big round blobs on the roots, about the size of a thumbnail. That's a nodule. Now, I'm going to scrape that nodule open with my fingernail, and you'll see inside that nodule, a beautiful red piece of plant tissue that actually looks like a nice steak. It's that red.

克里斯-是的。

约翰-那个红色是腿上的血红蛋白。它和我们血液中的血红蛋白是同一种蛋白质，它携带氧气。细菌用来破坏紧密结合的氮分子的酶对氧气很敏感。

克里斯-所以，植物利用腿部的血红蛋白吸收所有可用的氧气。

约翰:是的。这种鲜红色的腿部血红蛋白从空气中吸收氧气，并将其滴回根瘤菌中进行呼吸，但它的数量不足以使氮化酶变性。

克里斯-如果我用显微镜放大这个结节，细菌会在哪里?

约翰:好的，这些细菌位于一种叫做共生体的特殊口袋里，这些共生体是根瘤菌的根瘤细胞专门形成的。所以，一旦根瘤菌和植物之间的基因对话运转良好，共生体就会发育并为根瘤菌形成一个漂亮的小房子，然后变成一个氮生产工厂。

罗恩——小心点。这是为了防止土匪和兔子进入地块。我叫罗恩·耶茨，来自西澳大利亚州农业和食品部。我们在莫道克大学后面。这是我们的小试验田，我们在这里测试从海外带来的一些豆类。

克里斯-我们在看什么?

罗恩-我们现在看到的是丽贝卡·安比瓜。这是一种产于南非西开普省的多年生豆科植物。这对我们来说非常有趣，因为它来自干燥、干旱的环境，我们认为它有潜力在西澳大利亚生长。

克里斯:非常纤细的茎，非常低的叶面积，看起来像一种多肉植物，上面有漂亮的黄色花朵，长在细长的矛上。

罗恩——是的。只是植物的习惯，它看起来非常适应人群，薄的叶子，所以蒸腾作用更少，植物的水分流失更少。大部分的生长点都在地下，这使得它非常适应放牧的压力——主要是西澳大利亚的羊。

克里斯:如果我把叉子插到地上，我不会这么做的，别担心。把这个挖出来。我会看到什么?

罗恩:你会看到这个大的龙头根，至少有3米长。

克里斯:三米!这不是一个很大的工厂。

Ron:不是，但它头两年的大部分能量都进入了根系。

克里斯-我想这大概有一米宽。这能修复多少氮?

罗恩-一吨有效结瘤的豆科植物相当于65公斤尿素，或者换句话说，相当于20单位氮。

克里斯-换句话说，人工制造化肥的碳排放成本很高。我们必须使用化石燃料，不是吗，所以这样做一定是在节约碳。

Ron -是的，人工制造氮的方法，1吨化石燃料可以生产1吨尿素。这至少是二氧化碳的大量排放。

克里斯-你现在在做实地试验。我们什么时候才能看到它进入小麦带，为农民提供肥沃的土地，这样他们就不会把他们辛苦赚来的钱花在提高大气中的二氧化碳水平上。

罗恩——这要看情况。我们可能需要找一家公司来生产种子，然后另一家公司生产接种剂，接下来是成本问题，农民们必须说种植这种植物是划算的。

克里斯-那对环境的影响呢?因为没有哪个国家比澳大利亚更了解从海外进口商品的成本。这是一种双重打击，因为它是非本地物种，而且你饲养的细菌也不是土壤中自然存在的天然细菌。它们是适合这种植物的细菌，不是吗?

罗恩——是的。把植物和它们的细菌带到澳大利亚有很多障碍。幸运的是，我们已经克服了这些障碍。我们真正担心的大问题是，它会成为害虫或杂草。这个工厂符合我们的要求，他们也相信这不会成为一个问题。

克里斯-罗恩·耶茨和在他之前，默多克大学的约翰·豪伊森。