香港中文大學（中大）領導的研究團隊發現，一種名為「慢生根瘤菌」（Bradyrhizobium）的土壤細菌，早在與豆科植物共生前已具備獨立固氮能力。研究結果顛覆傳統認知，為開發天然生物肥料、減少化學肥料依賴提供科學基礎。相關論文已於國際學術期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）發表。
傳統觀點被推翻 土壤菌固氮能力早於共生關係
現時全球近半糧食生產依賴化學氮肥，但其生產過程耗能高，並導致溫室氣體排放及水體污染。豆科植物如大豆、豌豆可透過根瘤與細菌共生固氮，但主要糧食作物如水稻、小麥及玉米則缺乏此能力，需依賴化肥。
中大生命科學學院副教授羅海偉領導的團隊，與法國國家可持續發展研究院（IRD）合作，從香港及內地的稻田、森林及濕地採集非豆科植物根部及土壤樣本，分離出88株慢生根瘤菌。研究發現，這些細菌不僅能在土壤中自由生存，亦可附著於非豆科植物根部，持續固氮而無需根瘤保護。基因組分析顯示，這些細菌的固氮能力早於與豆科植物共生前已存在，後者的共生關係是後來多次獨立演化而成。
關鍵基因「保護盾」助菌體獨立固氮
團隊進一步發現，自由生活的慢生根瘤菌普遍帶有名為glbO的基因，其編碼的蛋白質能保護對氧敏感的固氮酶，避免氧化損傷。相對之下，寄生於豆科根瘤內的菌株因處於低氧環境，多數已失去該基因。
研究團隊與IRD合作，以可同時在根瘤及土壤中固氮的菌株ORS285進行驗證。當glbO基因被敲除後，該菌株在土壤中的固氮能力顯著下降，但在根瘤內的表現不受影響；反之，將該基因重新引入原本缺失的共生菌株，則能提升其在土壤中的獨立固氮能力。
應用前景：生物肥料取代化肥 減輕環境負擔
羅海偉表示：「研究證明慢生根瘤菌的固氮能力源於自由生活狀態，而非共生關係。未來可透過基因工程或篩選技術，將這些菌株應用於水稻、小麥等非豆科作物，減少化肥使用。」論文第一作者、羅教授前博士生凌露則指出：「化肥成本高且破壞環境，自然界已存在能為植物提供氮素的細菌，關鍵在於如何有效利用。」
研究團隊指，此發現為開發環保生物肥料奠定基礎，有望降低農業對化肥的依賴，同時減輕環境污染。論文全文可於PNAS網站查閱。