肥料对于全球粮食供应至关重要，但其生产消耗大量能源并产生大量排放。一些公司希望微生物能提供帮助。越来越多的研究表明，在作物根部周围的土壤中播种有益微生物可以帮助养活植物，提供关键的氮元素以帮助其生长。这可能有助于减少化肥的需求，而化肥生产大约占全球温室气体排放的2%。这也可能降低农民的成本，对他们来说是一个巨大的好处——尤其是因为伊朗战争使得能源和肥料价格在最近几个月飙升。人类使用生物肥料如粪肥已有数千年，而公司也一直在开发微生物肥料，包括一些依赖基因工程的肥料。但工程微生物以可靠地提供氮给作物的同时自己也能繁荣生长，这非常困难。一个名为Switch Bioworks的初创公司正在采取一种新方法，基本上让微生物建立自己并成长为健康的群体，然后再转入氮生产模式。“我们必须重新发明肥料，”公司创始人兼首席执行官Tim Schnabel说。空气中近80%是氮气，但植物不能直接利用这种“免费的”氮气，因为它无法与其他元素快速反应。相反，它们依赖所谓的固定氮，即已经转化为更具反应性的化合物，如氨。在自然界中，微生物可以进行氮固定。一些植物，如豆类，与氮固定细菌形成共生关系，在根部的结节中容纳它们。合成肥料本质上是通过哈伯-博施过程进行的工业氮固定，该过程利用天然气制造施用于田地的氨。生物肥料旨在用微生物替代一部分合成肥料，以帮助植物固定氮。但微生物肥料公司遇到的一个挑战是，对微生物来说，制造和释放氨是耗能的。将所有精力投入氮固定可能会妨碍它们的生长。Schnabel解释说，您希望在根部周围看到一定程度的定殖。将所有微生物放在植物上太昂贵且后勤上难以实现，因此您必须依赖数量更少的微生物生长和繁殖，建立种群。Tim Schnabel在一个玉米田里行走，Switch正在进行早期试验。Switch Bioworks在押注一个遗传开关的答案。遗传开关是控制基因如何开启和关闭的DNA的一部分。在这种情况下，它通过激活有助于氨的生产和释放的基因来工作。公司正在研究几种启动这一变化的选项。领先的选择是让微生物对土壤中的氮水平作出反应：一旦降到某个水平，它们便开始生产氨。“您面临这种固有的生物现实，对于微生物来说，固定氮是非常昂贵的，”突破研究所食品和农业主任Dan Blaustein-Rejto说。这需要大量的能量，并且如果它们确实固定了氮，它们希望将其用于自身，以制造蛋白质和生存。他说，添加遗传开关可能有助于微生物生长和繁茁，然后帮助给作物施肥。根据Schnabel的说法，Switch目前在美国六个州进行其产品的试验，尽管距离商业产品还有两到三年的时间。它最初专注于玉米，这是美国种植面积最大的作物，2026年预计超过九千万亩。“现在还太早，无法确切说出在田间的效果如何，”Schnabel说。公司计划在十月底或十一月初收获这些植物，尽管截至八月，某些经过Switch微生物处理的玉米植物已明显比未处理的植物看起来更健康。他表示，Switch仍在开发最终将上市的产品。Switch的产品可能显著帮助改善农业环境。Blaustein-Rejto说：“这些公司和产品帮助农民减少排放的潜力很大。这对一个相当难以减少排放的行业来说，可能是一个非常重要的解决方案。”尽管实验室的结果很有前景，但田间试验是证明产品的重要一步，Blaustein-Rejto说：“这是它们可以进入市场并向农民做出强有力主张之前的最终步骤之一。”他补充说，独立试验也很重要，因为公司报告的数据与独立研究人员的发现之间可能存在很大差距。Pivot Bio是另一家致力于将微生物带入田野的公司。自2011年成立以来，其产品已在数百万亩的作物上使用。该公司目前生产多种产品：一些版本可以在播种时添加，而另一些则在种子还未入农田时就会施加。