全球农民使用的肥料中大约 90% 由工业化工厂生产合成。每年，欧洲化肥行业将数百万吨的空气、天然气和矿石转化为基于三种基本植物营养素氮、磷和钾的产品。钾、磷、氮是作物发育的三大重要营养素之一，负责光合作用过程和叶绿素含量。
合成氮肥是过去一个世纪农业大幅提高作物产量的一个主要原因。但实现农业增产的同时，也增大了环境压力 —— 长期使用化肥会改变土壤的 pH 值，破坏土壤微生物环境，甚至助长了害虫的增加和温室气体的释放，且化肥产品中含有的合成氮会对当地生态系统造成损害并污染水源。
自然界中存在一些固氮微生物，能够将大气中的氮还原成氨并输送给作物，有望成为土壤修复过程中的 “变局者”。
今年 1 月份，中化化肥在北京通过线上直播的方式，发布先正达集团中国作物营养业务单元微生物战略。会上，农业农村部微生物肥料和食用菌质检中心主任李俊表示，“农业离不开微生物，微生物的作用被严重忽视，谁利用了微生物，谁就会在未来农业中占据先机。”
波士顿一家初创 Kula bio 就是开发生物氮肥，为农民提供一种高性能且具有成本效益的传统氮肥替代品。该公司在近 1 年内完成 2 轮融资，包括 1000 万美元的种子轮融资和5000 万美元的 A 轮融资。
通过细菌固氮，可替代 80% 合成氮肥
起初，包括 Dilek Dogutan、Quentin Gilly 和 Paul Smith 在内的哈佛科学家和景观专家在合作测试一种可持续生物肥料，由哈佛大学化学与生物学系教授 Daniel Nocera 的实验室开发，他是世界公认的可再生能源领先研究人员，是人造叶和仿生叶的发明者。
仿生叶装置能够利用太阳能电池板所提供的电力，把水分解为氢气和氧气，而系统内的微生物以氢为食，能把空气中的二氧化碳转化为液态肥料，其效率是自然光和作用的 10 倍。2017 年，Nocera 团队曾发表论 表示，使用仿生叶肥料培养的萝卜比使用普通肥料的萝卜大 1.5 倍。
依托这项研究，团队利用水分解产生的氢气和空气中的氮气结合产生氨。其中一种名为自养黄杆菌（Xanthobacter autotrophicus）的工程蓝细菌可以吸收空气中的氮并将其固定在土壤中。
一般情况下，以合成肥料喷洒的方式给肥，植物一次性无法利用，且下雨会导致流失。基于上述方式，生物肥料不仅可以在植物根部长久储备，还可以让细菌从空气中捕获多余的二氧化碳。“微生物会按需产生氮。当它们感觉到周围土壤中的氮含量不足时，固氮机制就会启动，当它们向周围输送大量氮气时，它们就会关闭这种机制。”Kula Bio 的首席执行官 Bill Brady 表示。
基于上述技术手段，Kula Bio 推出了 Kula-N 产品。Kula Bio 方表示，团队已经对各种作物、土壤类型进行了多次田间试验，并声称能够替代农场高达 80% 的合成氮使用量。目前，每年施两次肥料的农民可能会喷洒一次 Kula Bio 的产品，一次喷洒合成肥料，该公司也已经在几个农场进行了试验。
多家公司入局
事实上，有许多公司利用微生物通过开发天然肥料和其他产品来改善土壤健康，并促进植物生长。Indigo Ag 是世界上最大的农业科技公司之一，销售用于小麦和玉米等作物的微生物涂层种子，以帮助植物更好地抵御干旱和高温，并改善水和养分的利用。另一家资金雄厚的农业科技公司 AgBiome 使用微生物来控制害虫。
美国Pivot Bio成立于 2011 年，该公司已经筹集了超过 6 亿美元的资金，投资者包括孟山都和比尔和梅琳达盖茨基金会等。2021 年 10 月，Pivot Bio 的创始人 Karsten Temme 等在ACS Synthetic Biology上发 ，介绍了其团队将上述产品商业化的过程。
总部位于波士顿的Joyn Bio成立于 2017 年，是拜耳与 Ginkgo 的合资企业。或是凭借着 Ginkgo 的支持，该公司成立以来已获得 2 亿美元的资金。
据悉，Joyn Bio 的第一个产品专注于玉米、小麦和水稻等谷类作物的固氮，尽管该公司并未发布商业化产品，但仍被业内认为是潜力股。
目前，Joyn Bio 旗下已有三个早期概念产品开始进入现场试验，除了固氮项目之外，另外两个项目则针对疾病和抗虫害。不过，距离其产品进入商业市场仍需要一段时间。Joyn Bio 的首席执行官 Michael Miille 介绍，根据当前的试验数据，Joyn Bio 的固氮产品能够让种植者减少 30-40% 的肥料投入，并且有助于解决环境问题。
“使用微生物兑现这些承诺还为时过早，但我们已经制定了一个目标，希望能够制造出氮产量达到作物需求 40-50% 的固氮产品。我们认为，氮产量达到作物需求 50% 的氮替代品将在未来成为农民的‘必备’产品。”
在未来，Joyn Bio 将继续专注于提供能够帮助农民赚钱、解决病虫害问题、优化产量和改善可持续性 / 气候表现的产品。
参考资料：
https://agfundernews.com/kula-bio-raises-10m-seed-funding-to-fix-nitrogen-runoff-on-farms
https://agfundernews.com/kula-bio-closes-50m-series-a-to-further-develop-its-low-emission-biofertilizer
https://news.harvard.edu/gazette/story2019/09/how-a-biofriendly-fertilizer-could-offer-a-greener-way-to-grow-plants/
https://chemistry.harvard.edu/people/daniel-g-nocera
https://www.fastcompany.com/90718173/if-farmers-spray-these-microbes-on-crops-they-dont-need-fertilizer
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