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难以破解的研究揭示了农作物的根部如何穿透坚硬的土壤

科学家发现了一种信号,该信号会导致根在坚硬的土壤中停止生长,可以“关闭”以使它们穿透紧实的土壤,这一发现可以帮助植物甚至在受损最严重的土壤中生长。由诺丁汉大学未来食品信标大学和上海交通大学的科学家领导的国际研究小组发现了植物信号“乙烯”如何导致根在坚硬的土壤中停止生长,但是在禁用该信号后,根能够推挤压实的土壤。该研究已发表在《科学》杂志上。

坚硬(致密)的土壤是现代农业面临的主要挑战,现代农业可以通过减少根系生长将农作物产量降低50%以上,每年造成重大损失。欧洲有超过3300万公顷的土地易于压实,是世界上土地面积最高的地区。土壤压实会引起根部渗透减少以及水分和养分吸收。尽管它对农业和全球粮食安全具有明显的重要性,但到目前为止,根源紧实应对的机制尚不清楚。

诺丁汉大学生物科学学院的Malcolm Bennett教授说:“了解根系如何穿透坚硬的土壤对农业具有重大意义,因为这种知识对于培育对土壤紧实更有抵抗力的农作物至关重要。我们的研究小组确定该植物发出乙烯信号控制根对坚硬土壤的反应,为选择抗压实新作物提供了新的机会。”

该研究利用诺丁汉大学Hounsfield设施提供的X射线计算机断层摄影扫描仪,就地观察植物根对紧实土壤的反应。诺丁汉大学的萨莎·穆尼教授和霍恩斯菲尔德设施的负责人解释说:“在这项研究之前,我们假设土壤的硬度阻止了根的生长。通过使用成像方法,我们能够看到根继续在土壤中生长。当关闭乙烯信号时,土壤非常坚硬。现在可以深入土壤并捕获以前无法利用的资源的新作物的潜力确实令人兴奋!”

参与这项新《科学》论文的国际团队包括来自欧洲,中国和美国的9所大学的研究人员,他们融合了植物和土壤科学,生物成像和数学方面的专业知识。该团队由几位早期职业研究人员组成,其中包括Bipin Pandey博士和Rahul Bhosale博士,这些研究人员由英国皇家学会挑战补助金,BBSRC发现奖学金和诺丁汉大学未来食品信标奖资助。

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