我們應(yīng)該根據(jù)它們的根構(gòu)造培育新的作物品種，而不是只關(guān)注植物的上半部分，據(jù)科學(xué)家們研究如何種植更有效地利用水的植物并更好地抵御干旱條件。今年夏天，黃色，炎熱的田野在歐洲很常見。嚴(yán)重干旱2018造成了損害小麥，玉米和大麥作物，與許多歐盟國家的收成下降。氣候科學(xué)家預(yù)測，未來幾年歐洲作物將受到更頻繁和極端高溫的影響。

熱應(yīng)激和最明顯的跡象水短缺是出現(xiàn)在葉，但植物科學(xué)家已開始尋找“隱藏的一半”的解決方案-根。

英國諾丁漢大學(xué)植物科學(xué)教授馬爾科姆·貝內(nèi)特說：“你可以說，在過去的一萬年里，我們根據(jù)上半部分選擇了作物品種，并沒有把重點(diǎn)放在作物隱藏的部分上。” 。“如果我們能夠根據(jù)根系結(jié)構(gòu)選擇新的作物品種，我們就可以顯著提高其捕撈水的能力。”

根從土壤中吸收水分和養(yǎng)分，并為植物儲存食物。更深的谷類作物可以從地下吸收更多的水，或者密集的淺根可能更好地捕獲聚集在地表的磷等營養(yǎng)物質(zhì)。

植物可以具有與地上部分相似的根生物量 - 挑戰(zhàn)是如何看待生根以分析它們。

Bennett教授找到了解決方案。他現(xiàn)在使用X射線微型計算機(jī)斷層掃描(微型CT)掃描在土壤中生長的根，這是醫(yī)生常規(guī)用于查看患者內(nèi)部的相同技術(shù)。然而，他的機(jī)器是一個龐然大物，比典型的醫(yī)療掃描儀大三到四倍，在歐洲生命科學(xué)中也是獨(dú)一無二的。

它是如此之大，以至于建造了一座新建筑 - 豪恩斯菲爾德設(shè)施(Hounsfield Facility)，以容納巨型掃描儀，該掃描儀裝在20噸鉛中。重型起重機(jī)器人將其安裝在特別加固的地板上。“掃描儀(這種尺寸)通常用于汽車和航空航天工業(yè)，用于掃描發(fā)動機(jī)和機(jī)翼部件的故障，”Bennett教授解釋說。“我們允許我們(成)生活的根源。”

研究人員在一米高的PVC塑料管中種植小麥，然后在整個生命周期中對其根部進(jìn)行成像。拍攝了超過8,000個X射線照片，并且計算機(jī)算法將這些部分拼接在一起，以創(chuàng)建在單個時間點(diǎn)在土壤中生長的根的三維圖像。由于植物能夠承受比人類更多的X射線能量，因此分辨率更高，甚至可以顯示最薄的根毛?？梢灾貜?fù)掃描以對根的生長進(jìn)行成像。

口渴

通過一個名為FUTUREROOTS的項(xiàng)目，Bennett教授的小組已經(jīng)掃描了數(shù)百種小麥，看看它們對口渴的反應(yīng)。他們比較了那些使用有限水的優(yōu)秀水和那些窮水的水。

“我們注意到一些令人著迷的事情。貝內(nèi)特教授說，當(dāng)你施加干旱脅迫時，使用水效率最高的植物改變了根系的角度。“更加陡峭的生根角度讓他們能夠?qū)ふ腋顚拥乃础?rdquo;

在美國和中國的合作者中，Bennett教授最近發(fā)現(xiàn)了控制玉米和水稻根角的主基因。

這可能聽起來微不足道，但對食品生產(chǎn)來說非常重要。例如，在英國，大多數(shù)谷物如小麥都生長在該國東部，今年夏天雨水減少，水資源短缺。

“為了保持小麥產(chǎn)量(在英國)，我們需要新的品種，其根系至少增加半米，”Bennett教授解釋說。歐洲其他地區(qū)同樣關(guān)注水資源短缺及其對作物的影響。

種植較好根系的作物也可以降低農(nóng)民施用的氮肥量。氮?dú)鈨r格昂貴，過量的氮?dú)饬魇Р⑽廴竞恿骱秃?，因此改善根系可以降低農(nóng)民的成本，同時有助于環(huán)境保護(hù)。雙贏。

“我們可以優(yōu)化作物根系，以更有效地吸收養(yǎng)分，例如選擇更深的生根品種，以便在土壤深入土壤時捕獲氮，”Bennett教授說。“根據(jù)根系結(jié)構(gòu)選擇新品種的想法正在獲得育種公司和研究人員的支持。”

研究雜草的根源還可以深入了解如何培育更具彈性的作物。法國的植物科學(xué)家最近仔細(xì)研究了一種名為擬南芥(Arabidopsis)的小雜草，俗稱擬南芥(Thale cress)，以更好地了解根系最佳利用稀缺水的方式。擬南芥是研究中最受歡迎的植物，是植物世界中的一種實(shí)驗(yàn)室小鼠，他們的項(xiàng)目DROUGHTROOT研究了根系結(jié)構(gòu)，植物激素和稱為水通道蛋白的細(xì)胞中的特殊水通道蛋白。

這位蒙彼利埃的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，由于缺水，植物有A計劃和B計劃。“一個策略是增加根系并更好地吸收水分，但在嚴(yán)重干旱的情況下，植物采取另一種策略。國家科學(xué)研究中心(CNRS)的植物科學(xué)家Christophe Maurel博士解釋說，它下調(diào)其根系液壓系統(tǒng)，并試圖保護(hù)自己免受脫水。這項(xiàng)研究由Maurel博士準(zhǔn)備出版手稿，出土的基因，蛋白質(zhì)和激素，有助于植物對干旱的反應(yīng)。

干旱

Maurel博士現(xiàn)在從實(shí)驗(yàn)室雜草中吸取這些教訓(xùn)，并將它們應(yīng)用于主要作物 - 玉米。玉米是歐洲經(jīng)濟(jì)上重要的作物，特別是在法國，意大利北部，德國和東歐種植。它可能在歐洲容易受到干旱的影響，因?yàn)樗谙募鹃_花，而不像小麥，它開花得更早。

在一個名為HyArchi的項(xiàng)目中，Maurel博士正在研究這種作物的根系及其對干旱的反應(yīng)背后的基因，他希望該項(xiàng)目能夠提供有助于作物育種者開發(fā)更適合特定干旱條件的植物或品種的知識。區(qū)域。

“我們已經(jīng)能夠衡量不同玉米品種的表現(xiàn)。我們看到一些不同的差異，我們看到根系水力學(xué)中的遺傳變異性。Maurel博士說，這很重要，讓我樂觀地認(rèn)為我們可以利用其遺傳學(xué)(培育新品種)。

9月，該小組報告說，他們在擬南芥中發(fā)現(xiàn)了一個主基因，參與制造在根內(nèi)運(yùn)輸水的容器。調(diào)整這個基因增加了血管的數(shù)量。這對干旱條件來說可能是個好消息。但有一個問題。

“根尖處的血管越多，它們就越容易受到土壤細(xì)菌的侵襲，”Maurel博士說，這意味著在更好的抗旱能力和易受感染之間存在權(quán)衡。

Maurel博士指出，這種基礎(chǔ)研究需要長期觀點(diǎn)。他說，我們可能不會在五年內(nèi)幫助飼養(yǎng)員，但可能需要10到20年。“無論如何，在10到20年后，我們將面臨更加嚴(yán)峻的干旱和氣候變化挑戰(zhàn)。”