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裹上丝绸细菌也能产肥料

   日期:2019-12-10     来源:中国科学报    浏览:243    
  根据美国麻省理工学院的最新研究,用一种能自然产生氮肥的细菌处理过的蚕丝包裹种子,为种子提供一层保护膜的同时也为正在发芽的植物提供了必需的营养,这可能使作物在其他非生产性土壤中的生长成为可能,比如盐分太高无法让未经处理的种子正常发育的土壤。
 
  研究人员希望,在不需要专门设备的情况下,该研究可以较低的成本应用,为现在被认为不适合农业发展的区域开辟空间。相关论文近日发表于美国《国家科学院院刊》。
 
  这项工作源于麻省理工学院土木与工程教授Benedetto Marelli先前的研究,即利用丝绸涂层延长粮食作物的种子的保质期。
 
  “我在做这方面研究时,偶然发现了可以用来增加土壤养分的生物肥料。” Marelli说,“这些肥料利用与某些植物共生的微生物,将空气中的氮转化为植物容易吸收的形式。”这不仅为农作物提供了天然肥料,而且避免了与施肥相关的问题,比如水资源污染、对土壤质量产生负面影响等。
 
  固氮细菌在世界各地的土壤中自然存在,但不同地区发现了不同的地方品种,它们很难在其自然土壤环境之外保存。但丝绸可以保存这些生物材料,所以Marelli和他的团队决定尝试利用这些固氮细菌,即所谓的根瘤菌。
 
  “我们一开始想出了在种衣剂中使用细菌的办法,一旦种子进入土壤,它们就会复苏。” Marelli介绍,然而,初步测试结果并不理想,细菌的保存不如预期。
 
  此时,研究生Augustine Zvinavashe提出,在混合物中添加一种特殊营养素——海藻糖。利用海藻糖,一些生物体可在缺水条件下生存。丝绸、细菌和海藻糖都悬浮在水中,研究人员只需将种子浸泡在溶液中几秒钟,就可以得到均匀的涂层。
 
  他们使用的丝绸是水溶性的,所以一旦接触到土壤,细菌就会被释放。研究人员表示,实际上,这种涂层可以通过浸渍或喷涂的方式应用到种子上。任何一种工艺都可以在常温、常压下进行。
 
  “种子简单地浸涂几秒钟就可以产生一层只有几微米厚的涂层。”Zvinavashe介绍,“这一过程快速、简单、可扩展,以便更大的农场和非熟练种植者利用它。”
 
  这项技术也非常有效。“这种涂层提供了足够的保护和营养,使种子能够在盐分水平通常会妨碍其正常生长的土壤中发芽。”Marelli说,在细菌持续生产肥料的帮助下,这些植物比未经处理的种子更健康地生长,并在目前不适于农业生产的土壤中成功地生长。
 
  根瘤菌通常为豆科作物(如普通豆类和鹰嘴豆)提供肥料,这向来是研究的重点,但也有可能使它们适应其他作物,这正是研究小组正在进行的研究的一部分。Marelli 表示,目前正在大力推广根瘤菌在非豆科作物上的应用。
 
  即使仅限于豆科作物,这种方法对大面积盐碱地地区仍然可以产生显著的影响。“我们在摩洛哥进行了合作测试,结果令人兴奋。”Marelli说。
 
  下一步,研究人员正致力于开发新的涂层,即从土壤中吸收水分的涂层,不仅能保护种子免受盐渍土的侵害,还能使种子更耐旱。同时,明年他们将开始在摩洛哥的开放试验田进行试验种植。
 
  相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.1915902116
 
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