自從德國化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了從空氣中提取氮肥的方法后，人類就開始利用化肥這種產(chǎn)品幫助作物生長。化肥雖然能夠幫助農(nóng)作物生長，隨著科學(xué)的進(jìn)步，其不良影響也越來越小，但是這種方法仍然存在一些缺點：化肥的生產(chǎn)每年消耗全球3%的天然氣；會排放大量溫室氣體；造成水資源污染?？梢哉f這種依賴化石燃料生產(chǎn)化肥的方式并不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。但目前要想解決全球90億人口的溫飽問題，化肥又非用不可。

　　研究人員設(shè)計了不少解決這一問題的方法，其中是在人類的飲食結(jié)構(gòu)中添加大量豆科植物。豆科植物有個特點，他們可以為自身制造化肥，這一過程不會對氣候造成破壞。

　　豆科植物可以為一種能給將氮素固定的細(xì)菌提供寄宿。這種細(xì)菌進(jìn)入植物的根毛并形成點狀結(jié)構(gòu)，就開始將土壤中的氮元素合稱為氨。氨是植物進(jìn)行光合作用的重要養(yǎng)料，而大多數(shù)主要農(nóng)作物（大麥、水稻、玉米）都不能為氮素固定細(xì)菌提供寄宿，所以這些作物都需要人造化肥。

　　其實除了施肥，還有另一種方法：培養(yǎng)出不僅具有強大氮素固定能力，還能在任何植物根部生長的細(xì)菌。這樣的話，只要將它們涂抹在種子上，就可以省去種植中的大量化肥。以往的科技水平不足直接研制這種細(xì)菌，但隨著生物科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)在人們又希望通過基因工程直接“設(shè)計”出這樣的細(xì)菌。

　　專家表示目前離成功還有很遠(yuǎn)的距離，首先要確認(rèn)那些基因?qū)潭ǖ赜杏绊?。這一步會就比較困難，因為目前為止，研究人員并沒有土壤中細(xì)菌的染色體圖譜作參考，不過一旦這種篩查完成了，研究人員就可以利用這些基因來設(shè)計并合成新的細(xì)菌進(jìn)行進(jìn)一步探索。

　　如果一切順利，最終研究人員將研發(fā)出一種能夠結(jié)合氮素固定能力與擁有種子表面吸附能力的細(xì)菌。這種細(xì)菌會有很多特點：能夠離水存活很久，并能在重新接觸水時再次充滿活力；能夠在培養(yǎng)皿中成長；還能被批量生產(chǎn)。

　　不過雖然計劃是美好的，但是完成最后一步前需要面對很多的困難。氮素固定并不是一個簡單的過程，再將氮素轉(zhuǎn)化成氨的過程中，至少有20個基因與這個過程利用的蛋白質(zhì)直接相關(guān)，而其中的新陳代謝過程相關(guān)的蛋白質(zhì)還會牽扯到更多的基因。就算搞清楚這一過程，細(xì)菌如何與植物及周圍土壤相互作用也將使得下一步變得困難重重。最不好的結(jié)果是，豆科植物與寄生的氮素固定者細(xì)菌是經(jīng)過百萬年進(jìn)化的結(jié)果，而這一關(guān)系有可能根本無法在其他農(nóng)作物上重現(xiàn)。

　　所以完全確定與氮素固定相關(guān)的基因，并在設(shè)計的細(xì)菌上重建這一過程并非易事。所幸的是，如果能設(shè)計出適合所設(shè)計的細(xì)菌成長的環(huán)境，生物的進(jìn)化趨勢就會幫助研究人員實現(xiàn)目標(biāo)。