根據(jù)美國麻省理工學院的最新研究，用一種能自然產(chǎn)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(fā)芽的植物提供了必需的營養(yǎng)，這可能使作物在其他非生產(chǎn)性土壤中的生長成為可能，比如鹽分太高無法讓未經(jīng)處理的種子正常發(fā)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(xiàn)在被認為不適合農(nóng)業(yè)發(fā)展的區(qū)域開辟空間。相關論文近日發(fā)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(fā)現(xiàn)了可以用來增加土壤養(yǎng)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(nóng)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(chǎn)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(qū)發(fā)現(xiàn)了不同的地方品種，它們很難在其自然土壤環(huán)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(yǎng)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(chǎn)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(nóng)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(yǎng)，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(fā)芽。”Marelli說，在細菌持續(xù)生產(chǎn)肥料的幫助下，這些植物比未經(jīng)處理的種子更健康地生長，并在目前不適于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(qū)仍然可以產(chǎn)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(fā)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
