拜耳的固氮谷物：能自己制造化肥的基因编辑小麦

拜耳获得了一项技术的商业授权，这项技术可能改变农业最古老的依赖之一。这家德国作物科学巨头获得了加州大学戴维斯分校一项技术的授权：对谷物进行基因编辑，使其根系招募土壤细菌从空气中固定氮——这正是豆科植物天生就会的本事。玉米、小麦和水稻合计供应了全球近一半的每日热量，却无法自己做到这一点，因此依赖合成氮肥。这种依赖既昂贵、又污染环境，而且正如过去几年所证明的，在地缘政治上也很脆弱。

这项授权背后的科学之所以格外精巧，是因为它并没有试图重建豆科植物。豆科植物把固氮细菌安置在根瘤中，而谷物从未演化出这种结构。加州大学戴维斯分校的爱德华多·布卢姆瓦尔德团队走了另一条路：与其把细菌搬进植物体内，不如改变植物对周围细菌“说的话”。团队筛选了植物天然产生的约 2800 种化学物质，发现其中 20 种能促使土壤细菌形成保护性生物膜。其中一种名为芹菜素的黄酮类物质——小麦本身就能少量产生——效果尤为显著。研究人员用 CRISPR 编辑小麦，使其产生更多芹菜素，并通过根系释放到土壤中。在实验中，多余的芹菜素促使细菌形成生物膜，保护负责实际固氮的氧敏感酶固氮酶，编辑后的小麦随即吸收了被固定的氮。在低氮条件下，编辑后的植株籽粒产量也高于未编辑的对照组。

这只是一个实验室结果，拜耳对此并不讳言。其公共事务与可持续发展负责人马蒂亚斯·伯宁格称谷物固氮是“我们这个领域最难攻克的目标之一”，同时也直言这项技术“最终可能无法如预期那样奏效”。下一步是在温室之外进行测试，而且在下一个十年之前都不会有产品问世。与此同时拜耳也在对冲：10 月，它与斯坦福大学分拆企业 Switch Bioworks 合作，后者改造的是根际微生物本身而非植物。两条通往同一片田野的路线，一条押注植物化学，一条押注微生物。

授权的时机并非偶然。合成化肥支撑着全球约一半的粮食生产，而与伊朗战争相关的供应中断扰动市场，化肥价格已经飙升。伯宁格指出，欧盟仍有近四分之一的尿素进口来自俄罗斯，而拜耳看中的，是约 850 亿美元尿素市场中的一块，以及口袋里剩下更多钱、可以购买种子和作物保护产品的农民。仅在美国，据加州大学戴维斯分校引用的美国农业部估计，农民 2023 年在化肥上的支出就接近 360 亿美元。因此，一种能自己制造哪怕一部分化肥的谷物具有双重意义：既省成本，又能缓冲一条可能被少数出口国卡住的供应链。

还有一个几年前并不存在的监管顺风。今年欧盟立法者批准的基因编辑作物新框架，可能恰好为这类编辑铺平上市之路——它调整的是植物自身的化学物质，而不是引入外源基因。这一点很重要，因为这个故事最难的部分从来不是温室里的分子生物学，而是那种在可控土壤中起作用的信号，能否在实验室无法完全复现的土壤类型、气候和微生物群落中依然奏效，以及监管者和农民是否会大规模接受它。

最让我感兴趣的，是这项授权所代表的思路转变。一个世纪以来，施肥策略一直是从上往下喂养植物：以巨大的能源成本制造氮，撒到田里，并接受其中大量流入水体和大气。而加州大学戴维斯分校的方法是从下往上喂养植物，招募一支现成的微生物队伍。它可能像许多精巧的温室成果一样，在田间折戟。但如果它经受住了真实土壤的考验，回报就不只是更便宜的小麦，而是一种不那么受制于能源价格、战争和少数出口国的粮食作物——而这种粮食安全，是任何补贴都买不来的。