日前，生物所微生物智能设计与合成科研团队申请国家自然科学基金“未来生物技术”指南引导类原创探索计划项目“人工高效根际生物固氮技术及其田间示范应用”获批立项，直接经费291万元，执行期3年，是我院目前获得的第一个该指南项目。

生物固氮是最古老的生命现象，有35亿年进化历史。生物固氮领域存在许多科学未解之谜，如为什么自然界中只有某些原核微生物具有固氮能力，为什么根瘤菌只能在豆科植物上形成固氮根瘤，为什么植物在25亿年漫长进化过程中形成了叶绿体却没有形成固氮体等。此外，生物固氮在长期进化中遵循“铵抑制、氧失活和固氮产物不能分泌胞外”等自然法则，而作物根际固氮体系存在“根际环境因素影响大、田间固氮效率低”等天然缺陷，严重制约其大规模田间生产应用。该项目围绕“生物固氮及相关抗逆模块和基因线路的设计原理”和“根际泌铵/抢铵模块与固氮/抗逆线路的偶联机制”两大关键科学问题，重点开展（1）人工固氮调控元件、铵载体、氧保护和根表定殖等功能模块的理性设计原理及其通用型功能测试；（2）人工高效根际固氮及相关抗逆基因线路在底盘生物中从头组装策略与全局性表征；（3）非豆科作物根际人工高效固氮体系适配性和固氮概念产品应用性评价等研发工作，可望打破生物固氮自然法则，克服根际固氮体系天然缺陷，突破传统固氮技术应用瓶颈，在前沿基础理论创新上具有颠覆性和引领性，为人工高效固氮体系构建提供革命性的新策略。

人工高效根际固氮体系创制及田间示范应用的技术路线

近年来,微生物智能设计与合成科研团队聚焦 “生物固氮、生物抗逆与生物合成”三大研究方向，系统开展了高效固氮网络调控机制、固氮菌与宿主水稻互作机制以及人工固氮系统设计原理等前沿理论研究,在Nature、PNAS、JACS、J Bacteriol、Microbiol Biotech和NPJ Biofilms Microbiomes等学术刊物上发表SCI文章30余篇；申报国内发明专利和国际PCT专利20余项，其中人工固氮元器件和固氮抗逆线路相关专利10余项；获得农业部生物安全评价中间试验批文8项、浙江省自然科学奖一等奖1项以及全国颠覆性技术创新大赛生物技术优胜奖1项。2021年参加中国科学院战略性先导科技专项黑土地保护与利用科技创新工程“微生物驱动的黑土地作物产能提升技术”课题，承担齐齐哈尔黑土地保护田间示范试验任务，已初步取得节肥增产、提质增效的田间应用效果。该未来生物技术指南项目实施将为加快生物固氮农业应用并实现节肥增产增效，促进我国农业高质量绿色发展提供重要的前沿理论指导与关键技术支撑。