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裹上絲綢細菌也能產肥料

   日期:2019-12-10     來源:中國科學報    瀏覽:317    
  根據美國麻省理工學院的最新研究,用一種能自然產生氮肥的細菌處理過的蠶絲包裹種子,為種子提供一層保護膜的同時也為正在發芽的植物提供了必需的營養,這可能使作物在其他非生產性土壤中的生長成為可能,比如鹽分太高無法讓未經處理的種子正常發育的土壤。
 
  研究人員希望,在不需要專門設備的情況下,該研究可以較低的成本應用,為現在被認為不適合農業發展的區域開辟空間。相關論文近日發表于美國《國家科學院院刊》。
 
  這項工作源于麻省理工學院土木與工程教授Benedetto Marelli先前的研究,即利用絲綢涂層延長糧食作物的種子的保質期。
 
  “我在做這方面研究時,偶然發現了可以用來增加土壤養分的生物肥料。” Marelli說,“這些肥料利用與某些植物共生的微生物,將空氣中的氮轉化為植物容易吸收的形式。”這不僅為農作物提供了天然肥料,而且避免了與施肥相關的問題,比如水資源污染、對土壤質量產生負面影響等。
 
  固氮細菌在世界各地的土壤中自然存在,但不同地區發現了不同的地方品種,它們很難在其自然土壤環境之外保存。但絲綢可以保存這些生物材料,所以Marelli和他的團隊決定嘗試利用這些固氮細菌,即所謂的根瘤菌。
 
  “我們一開始想出了在種衣劑中使用細菌的辦法,一旦種子進入土壤,它們就會復蘇。” Marelli介紹,然而,初步測試結果并不理想,細菌的保存不如預期。
 
  此時,研究生Augustine Zvinavashe提出,在混合物中添加一種特殊營養素——海藻糖。利用海藻糖,一些生物體可在缺水條件下生存。絲綢、細菌和海藻糖都懸浮在水中,研究人員只需將種子浸泡在溶液中幾秒鐘,就可以得到均勻的涂層。
 
  他們使用的絲綢是水溶性的,所以一旦接觸到土壤,細菌就會被釋放。研究人員表示,實際上,這種涂層可以通過浸漬或噴涂的方式應用到種子上。任何一種工藝都可以在常溫、常壓下進行。
 
  “種子簡單地浸涂幾秒鐘就可以產生一層只有幾微米厚的涂層。”Zvinavashe介紹,“這一過程快速、簡單、可擴展,以便更大的農場和非熟練種植者利用它。”
 
  這項技術也非常有效。“這種涂層提供了足夠的保護和營養,使種子能夠在鹽分水平通常會妨礙其正常生長的土壤中發芽。”Marelli說,在細菌持續生產肥料的幫助下,這些植物比未經處理的種子更健康地生長,并在目前不適于農業生產的土壤中成功地生長。
 
  根瘤菌通常為豆科作物(如普通豆類和鷹嘴豆)提供肥料,這向來是研究的重點,但也有可能使它們適應其他作物,這正是研究小組正在進行的研究的一部分。Marelli 表示,目前正在大力推廣根瘤菌在非豆科作物上的應用。
 
  即使僅限于豆科作物,這種方法對大面積鹽堿地地區仍然可以產生顯著的影響。“我們在摩洛哥進行了合作測試,結果令人興奮。”Marelli說。
 
  下一步,研究人員正致力于開發新的涂層,即從土壤中吸收水分的涂層,不僅能保護種子免受鹽漬土的侵害,還能使種子更耐旱。同時,明年他們將開始在摩洛哥的開放試驗田進行試驗種植。
 
  相關論文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.1915902116
 
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