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給種子穿上“衣服”來(lái)應(yīng)對(duì)不同氣候模式

來(lái)源：《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 ? 2021-07-28 08:36:57

隨著全球持續(xù)變暖，許多農(nóng)業(yè)條件已經(jīng)很差的干旱地區(qū)面臨越來(lái)越大的壓力，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的糧食短缺。

現(xiàn)在，美國(guó)研究人員提出了一種很有前途的方法，可以保護(hù)種子在關(guān)鍵的萌發(fā)階段免受缺水影響，甚至同時(shí)還能為作物提供額外的營(yíng)養(yǎng)。研究人員稱，正在與摩洛哥的研究人員合作進(jìn)行持續(xù)試驗(yàn)，方法簡(jiǎn)單而廉價(jià)，可以在干旱地區(qū)廣泛應(yīng)用。

近日，美國(guó)麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程教授Benedetto Marelli、博士生Augustine Zvinavashe等在《自然—食品》上發(fā)表了這一成果。

該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的雙層包衣是Marelli及其合作者多年研究具有多種好處的種子包衣的直接結(jié)果。以前的包衣版本使種子能夠抵抗土壤中的高鹽分，新版本則旨在解決缺水問(wèn)題。

“我們想制造一種專門(mén)用于應(yīng)對(duì)干旱的‘涂層’。”Marelli說(shuō)，“我們需要開(kāi)發(fā)新技術(shù)，幫助緩解氣候帶來(lái)的一些變化，因?yàn)檫@些變化將使農(nóng)業(yè)可用水資源減少。”

這種新包衣的靈感來(lái)自一些種子上的天然“涂層”，比如奇亞籽和羅勒籽。它提供了一種凝膠狀“涂層”，可以頑強(qiáng)“抓住”任何隨種子而來(lái)的水分，并將種子包裹起來(lái)。

新包衣的第二層包含微生物，即根際細(xì)菌，以及一些幫助它們生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)接觸到土壤和水時(shí)，微生物會(huì)將氮固定在土壤中，為正在生長(zhǎng)的幼苗提供養(yǎng)料，以幫助其生長(zhǎng)。

“我們的設(shè)想是為種子包衣提供多種功能，不僅涵養(yǎng)水分，還保存根際細(xì)菌。這是種子包衣的真正附加值。這些自我復(fù)制的微生物可以為作物固氮，從而減少所需要的氮基肥料的數(shù)量，并使土壤更肥沃。”Marelli解釋說(shuō)。

研究人員說(shuō)，在摩洛哥試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行的早期試驗(yàn)顯示了令人鼓舞的結(jié)果，現(xiàn)在對(duì)種子的實(shí)地測(cè)試正在進(jìn)行中。最終，如果能通過(guò)進(jìn)一步測(cè)試證明其價(jià)值，那么這些簡(jiǎn)單的技術(shù)就可以在當(dāng)?shù)貞?yīng)用，甚至用于發(fā)展中國(guó)家的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

“相關(guān)技術(shù)可以在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行，是我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)考慮的問(wèn)題之一。”Zvinavashe說(shuō)，“第一層可以蘸涂，第二層可以噴涂，這些都是農(nóng)民自己就能完成的非常簡(jiǎn)單的過(guò)程。”

不過(guò)，Zvinavashe也表示，總體而言，集中噴涂會(huì)更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樵谠O(shè)備中可以更容易地保存固氮細(xì)菌。

Marelli說(shuō)，包衣所需要的材料很容易獲得，并且已經(jīng)在食品工業(yè)中使用。這些材料完全可生物降解，實(shí)際上其中一些化合物本身可以從食物垃圾中提取出來(lái)，這成就了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。

研究人員表示，盡管這一技術(shù)過(guò)程會(huì)增加種子本身的成本，但它也可能通過(guò)減少對(duì)水和肥料的需求而“更節(jié)能”。成本與收益之間的平衡尚待進(jìn)一步研究確定。

“這個(gè)技術(shù)系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單，可以應(yīng)用于任何種子。”Marelli說(shuō)，“我們可以設(shè)計(jì)各類種子‘涂層’來(lái)應(yīng)對(duì)不同的氣候模式，甚至有可能通過(guò)預(yù)測(cè)特定生長(zhǎng)季節(jié)的降雨量實(shí)現(xiàn)定制。”

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