作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2021/7/23 17:05:18
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给种子穿双层包衣,抗旱又固氮

 

随着世界持续变暖,许多农业条件已经很差的干旱地区将面临越来越大的压力,可能导致严重的粮食短缺。

现在,美国研究人员提出了一种很有前途的方法,可以保护种子在关键的萌发阶段免受缺水压力,甚至同时还能为作物提供额外的营养。研究人员称,正在与摩洛哥的研究人员合作进行持续试验,方法简单而廉价,可以在干旱地区广泛应用。

近日,麻省理工学院土木与环境工程教授Benedetto Marelli、博士生Augustine Zvinavashe等在《自然—食品》上发表了这些发现。

该团队开发的双层包衣是Marelli及其合作者多年研究具有多种好处的种子包衣的直接结果。以前的包衣版本使种子能够抵抗土壤中的高盐分,新版本则旨在解决缺水问题。

“我们想制造一种专门用于应对干旱的‘涂层’。”Marelli说,“我们需要开发新技术,帮助缓解气候带来的一些变化,因为这些变化将使农业可用水资源减少。”

这种新包衣的灵感来自一些种子上的天然“涂层”,比如奇亚籽和罗勒籽。它提供了一种凝胶状“涂层”,可以顽强“抓住”任何随种子而来的水分,并将种子包裹起来。

新包衣的第二层包含微生物,即根际细菌,以及一些帮助它们生长的营养物质。当接触到土壤和水时,微生物会将氮固定在土壤中,为正在生长的幼苗提供营养肥料,以帮助其生长。

Marelli解释说:“我们的设想是为种子包衣提供多种功能,不仅是涵养水分,还有根际细菌。这是种子包衣的真正附加值。这些自我复制的微生物可以为作物固氮,从而减少所需要的氮基肥料的数量,并使土壤更肥沃。”

研究人员说,在摩洛哥试验农场进行的早期试验显示了令人鼓舞的结果,现在对种子的实地测试正在进行中。最终,如果通过进一步测试证明其价值,那么这些简单的技术就可以在当地应用,甚至用于发展中国家的偏远地区。

“相关技术可以在当地进行,是我们在设计时考虑的问题之一。”Zvinavashe说,“第一层可以蘸涂,第二层可以喷涂,这些都是农民自己就能完成的非常简单的过程。”

不过,Zvinavashe也表示,总体而言,集中喷涂会更经济,因为在设备中可以更容易地保存和稳定固氮细菌。

Marelli说,包衣所需要的材料很容易获得,并且已经在食品工业中使用。这些材料也是完全可生物降解的,实际上其中一些化合物本身可以从食物垃圾中提取出来,这成就了一个闭环系统。

研究人员表示,尽管这一技术过程会增加种子本身的成本,但它也可能通过减少对水和肥料的需求而“更节能”。成本与收益之间的平衡尚待进一步研究确定。

“这个技术系统非常简单,可以应用于任何种子。”Marelli说,“我们可以设计各类种子‘涂层’来应对不同的气候模式,甚至有可能根据特定生长季节的预测降雨量实现定制。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s43016-021-00315-8

 
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