它可能看起来不像你见过的任何玉米。在16英尺(5米)处，它的高度约为传统玉米的两倍。从地上高高地伸出的茎秆，都是气生根，红色的指状突起涂在泥土上。

但是，尽管这种类似外星人的粘性物质，这种玉米种类 - 当地人长期以来一直在种植和食用墨西哥瓦哈卡的塞拉利昂混合地区的土地 - 是另一个原因。这是科学家们知道的唯一可以直接从空气中吸收氮并用它来生长的玉米。

氮是一种必需的营养素，主要作物利用大气氮的能力将改变世界，减少氮污染，成为影响全球的最大环境问题之一。

什么是固氮?

所有生物都需要氮。例如，需要构建蛋白质，使生物体发挥作用和生长。但是，虽然大气中氮含量为78%，但动物和大多数植物都无法接触到它。这是因为我们空气中的氮气由两个氮原子组成，紧密结合在一起，需要大量的能量来破坏，加州大学戴维斯分校的植物生物学家Alan Bennett说，他帮助分析了固氮玉米。

在作物中，只有大豆，豆类和苜蓿等豆类才能获得这种氮 - 而且只能借助细菌。Bennett说，这些微生物利用一种酶转化 - 或“固定” - 大气中的氮转化为可用的形式，化合物如氨(与三个氢分子结合的氮分子)或硝酸盐(与三个氧分子结合的氮)。

根据明尼苏达大学农作物生态学家R. Ford Denison的说法，大多数主要作物，如玉米，小麦和大米都不能。

为什么会有氮污染?

由于作物不能将空气中的氮转化为可以使用的形式，农民必须以肥料的形式为它们提供固定的氮。在20世纪初期，德国科学家弗里茨·哈伯(Fritz Haber)开发了所谓的哈伯 - 博世(Haber-Bosch)工艺，将大气中的氮转化为氨 - 这种合成肥料的基础现在已经占据了世界近一半的份额。“如果没有生产合成肥料的能力，我们将无法为现有人口生产足够的食物，”贝内特说。

问题是农民很难准确估计需要多少肥料，导致过度使用和浪费。马里兰大学环境科学中心的环境科学家张鑫表示，大约57%的氮肥会最终污染环境。

这种流入扰​​乱了地球的自然氮循环。通常，氮被循环回到土壤中。例如，植物中的氮是可用的形式，因此当它们落叶，种子或简单地死亡时，氮返回土壤以供其他植物使用。动物还通过尿液和粪便将可用的氮气带回土壤。丹尼森告诉Live Science说：“关键是没有人在远处吸食任何氮气。”

当作物运往世界各地时，氮不会被回收 - 迫使农民用肥料补充。

有什么大不了的?

在“自然”杂志2009年对世界主要环境问题的分析中，研究人员发现氮污染已经超过了可能导致破坏性后果的程度。根据分析，这个星球超过这个门槛的唯一两个问题是气候变化和生物多样性的丧失。

例如，在美国，来自肥料的过量氮气最终流入河流和水道，流入墨西哥湾。藻类在氮气上峡谷，随着藻类的繁殖而增殖。但是当藻类死亡时，引起分解的细菌会吞噬水中的所有氧气，从而产生所谓的死区，从而杀死海洋生物。美国国家海洋和大气协会估计，墨西哥湾的死亡区域跨越大约新泽西州的面积。

硝酸盐也可以以有毒水平渗入供水系统。张说，一些氮可以作为一氧化二氮(两个氮分子与氧分子结合)释放到空气中，这会耗尽臭氧层，是导致全球变暖的温室气体。

肥料本身的生产也是一个产生温室气体的能源密集型过程。根据加州大学伯克利分校农业经济学家大卫·齐尔伯曼的说法，化肥价格昂贵，浪费它可能在全球造成数十亿美元的损失。

随着联合国预测到2050年人口将接近100亿，对食物和氮的需求只会加剧。

这种粘糊糊的玉米可以救援吗?

科学家在8月7日发表于PLOS生物学的一项新研究中描述了Sierra Mixe巨型墨西哥玉米上的粘液，它为一群固定氮气的细菌提供食物。虽然这种粘液覆盖的玉米让一些科学家感到兴奋，但它可能不会马上解决任何问题。“这种玉米当然对它生长的社区非常有效，但它并不直接适用于传统的玉米生产系统，”Bennett说。首先，成熟需要8个月 - 比传统玉米的三个月要长得多。

研究人员测得玉米固定在自身氮的29%至82%之间。但丹尼森说，与农民对田地的需求相比，这个数量可以忽略不计。

尽管如此，研究它可能有助于研究人员设计或培育固氮玉米 - 无论是单独使用还是在细菌的帮助下 - 都能养活世界。丹尼森说，挑战是巨大的。

为了固定氮，细菌需要大量的能量，这需要氧气。但氧气会分解微生物依赖固定氮的酶。豆科植物通过将细菌容纳在根部的结核内来解决问题，植物可以控制微生物接收多少氧气。在玉米中设计或开发这种能力是一项巨大的挑战。丹尼森说：“在我的一生中，我看不到任何可能发生的事情。”

贝内特更乐观。生物技术公司，农业公司，初创公司甚至盖茨基金会都在开发固氮作物方面投入了大量资源。“我非常有信心所有这些方法将在五年或十年内以某种方式融合，”他说。“在传统的玉米作物中，我们可能会发现显着的固氮水平。”

如果这种技术确实成功，并且它也适用于其他作物，那么收益将是巨大的。Zilberman说，负担不起肥料的贫困农民，例如南部非洲的农民，能够将产量提高到25亿美元至72亿美元。他说，在最乐观的情况下，全面采用可以在全球范围内节省170亿至700亿美元的成本。

“这项技术将具有革命性，”他说。“这对农民有利，对消费者有利，对环境有益。”

与此同时，农民可以采取策略，只在真正需要的时间和地点提供肥料。张说，作为所谓的精准农业的一部分，传感器和无人机等新技术正在帮助农民提高效率。