拜耳的固氮穀物：能自己製造化肥的基因編輯小麥

拜耳取得了一項技術的商業授權，這項技術可能改變農業最古老的依賴之一。這家德國作物科學巨頭獲得了加州大學戴維斯分校一項技術的授權：對穀物進行基因編輯，使其根系招募土壤細菌從空氣中固定氮——這正是豆科植物天生就會的本事。玉米、小麥和稻米合計供應了全球近一半的每日熱量，卻無法自己做到這一點，因此依賴合成氮肥。這種依賴既昂貴、又污染環境，而且正如過去幾年所證明，在地緣政治上也很脆弱。

這項授權背後的科學之所以格外精巧，是因為它並沒有試圖重建豆科植物。豆科植物把固氮細菌安置在根瘤中，而穀物從未演化出這種結構。加州大學戴維斯分校的愛德華多·布盧姆瓦爾德團隊走了另一條路：與其把細菌搬進植物體內，不如改變植物對周圍細菌「說的話」。團隊篩選了植物天然產生的約 2800 種化學物質，發現其中 20 種能促使土壤細菌形成保護性生物膜。其中一種名為芹菜素的黃酮類物質——小麥本身就能少量產生——效果尤為顯著。研究人員用 CRISPR 編輯小麥，使其產生更多芹菜素，並透過根系釋放到土壤中。在實驗中，多餘的芹菜素促使細菌形成生物膜，保護負責實際固氮的氧敏感酶固氮酶，編輯後的小麥隨即吸收了被固定的氮。在低氮條件下，編輯後的植株籽粒產量也高於未編輯的對照組。

這只是一個實驗室結果，拜耳對此並不諱言。其公共事務與永續發展負責人馬蒂亞斯·伯寧格稱穀物固氮是「我們這個領域最難攻克的目標之一」，同時也直言這項技術「最終可能無法如預期那樣奏效」。下一步是在溫室之外進行測試，而且在下一個十年之前都不會有產品問世。與此同時拜耳也在對沖：10 月，它與史丹佛大學分拆企業 Switch Bioworks 合作，後者改造的是根際微生物本身而非植物。兩條通往同一片田野的路線，一條押注植物化學，一條押注微生物。

授權的時機並非偶然。合成化肥支撐著全球約一半的糧食生產，而與伊朗戰爭相關的供應中斷擾動市場，化肥價格已經飆升。伯寧格指出，歐盟仍有近四分之一的尿素進口來自俄羅斯，而拜耳看中的，是約 850 億美元尿素市場中的一塊，以及口袋裡剩下更多錢、可以購買種子和作物保護產品的農民。僅在美國，據加州大學戴維斯分校引用的美國農業部估計，農民 2023 年在化肥上的支出就接近 360 億美元。因此，一種能自己製造哪怕一部分化肥的穀物具有雙重意義：既省成本，又能緩衝一條可能被少數出口國卡住的供應鏈。

還有一個幾年前並不存在的監管順風。今年歐盟立法者批准的基因編輯作物新框架，可能恰好為這類編輯鋪平上市之路——它調整的是植物自身的化學物質，而不是引入外源基因。這一點很重要，因為這個故事最難的部分從來不是溫室裡的分子生物學，而是那種在可控土壤中起作用的訊號，能否在實驗室無法完全複現的土壤類型、氣候和微生物群落中依然奏效，以及監管者和農民是否會大規模接受它。

最讓我感興趣的，是這項授權所代表的思路轉變。一個世紀以來，施肥策略一直是從上往下餵養植物：以巨大的能源成本製造氮，撒到田裡，並接受其中大量流入水體和大氣。而加州大學戴維斯分校的方法是從下往上餵養植物，招募一支現成的微生物隊伍。它可能像許多精巧的溫室成果一樣，在田間折戟。但如果它經受住了真實土壤的考驗，回報就不只是更便宜的小麥，而是一種不那麼受制於能源價格、戰爭和少數出口國的糧食作物——而這種糧食安全，是任何補貼都買不來的。