看人类的现代农业是如何将一种野生植物变成了问题杂草

看人类的现代农业是如何将一种野生植物变成了问题杂草通过分析该植物在过去两个世纪中的基因构成,研究人员能够观察到不同环境中的进化,就像研究古人类和尼安德特人的遗骸可以揭示人类历史的关键见解。来自密苏里植物园标本馆的155岁的水麻标本。资料来源:JuliaKreiner,不列颠哥伦比亚大学第一作者、不列颠哥伦比亚大学植物系的博士后研究员JuliaKreiner博士说:"自20世纪60年代农业集约化以来,帮助该植物在现代农业环境中表现良好的基因变体已经迅速上升到了很高的频率。"研究人员在该杂草的基因组中发现了数百个有助于其在农场取得成功的基因,其中与耐旱、快速生长和抗除草剂有关的基因突变频繁出现。Kreiner博士说:"我们在农业环境中施加的变化类型是如此强烈,以至于它们在邻近的栖息地产生了我们通常认为是自然的后果。"主要作者JuliaKreiner博士在德国图宾根的古代DNA实验室对历史标本进行DNA提取。资料来源:不列颠哥伦比亚大学的JuliaKreiner这些发现可以为保护工作提供参考,以保护以农业为主的地貌中的自然区域。减少农业用地的基因流动,并选择更孤立的自然种群进行保护,可以帮助限制农场的进化影响。普通水麻原产于北美洲,一开始它并不算是一种有问题的植物。然而近年来,由于包括抗除草剂在内的遗传适应性,这种杂草已经变得几乎不可能从农场中根除。"虽然水麻通常生长在湖泊和溪流附近,但我们看到的基因转变使这种植物能够在更干燥的土地上生存,并迅速生长以取代农作物,"共同作者、不列颠哥伦比亚大学基拉姆大学教授萨拉-奥托博士说。"鉴于水麻被选择与人类农业活动一起茁壮成长,它基本上已经进化成了更多的杂草。"生长在自然栖息地的水麻,伊利诺伊州南部的一个湖泊的沙地合并。资料来源:JuliaKreiner,不列颠哥伦比亚大学值得注意的是,在目前的样本中发现的七个抗除草剂突变中,有五个在历史样本中没有。"现代农场强加了一个强大的过滤器,决定了哪些植物物种和突变可以通过时间持续存在,"Kreiner博士说。"对植物的基因进行测序,除草剂作为最强的农业过滤器之一脱颖而出,决定了哪些植物的生存和哪些植物的死亡。"自1960年以来,携带七种抗除草剂突变中任何一种的水麻,与没有突变的植物相比,每年产生的存活后代平均为1.2倍。在自然栖息地也发现了抗除草剂的突变,尽管频率较低,这让人怀疑这些适应性对非农业环境中的植物生命的代价。Kreiner博士说:"在不使用除草剂的情况下,抗药性对植物来说实际上是有代价的,所以农场里发生的变化正在影响着野生植物的健康。"农业实践也重塑了在整个景观中发现特定基因变体的地方。在过去的60年里,一种杂草丛生的西南品种在北美地区向东发展,由于它们在农业环境中的竞争优势,它们的基因被传播到当地的种群中。多伦多大学生态学和进化生物学教授、合著者StephenWright博士说:"这些结果突出了研究历史基因组以了解短时尺度的植物适应的巨大潜力。将这项研究扩展到不同的规模和物种,将扩大我们对耕作和气候变化如何推动植物快速进化的理解。"该研究的共同作者、多伦多大学的JohnStinchcombe教授说:"了解这些变种的命运以及它们如何影响非农场、'野生'种群中的植物,是我们工作的下一个重要步骤。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339533.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1339533.htm

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研发失败的抗生素成为意想不到的未来杂草杀手虽然这种失败的抗生素并不适合其最初的用途,但阿德莱德大学的科学家们发现,通过调整其结构,这种分子可以有效杀死澳大利亚两种最棘手的杂草--一年生黑麦草和野萝卜,而且不会伤害细菌和人体细胞。这一发现可能会改变农业行业的游戏规则。阿德莱德大学怀特研究所的首席研究员塔蒂亚娜-苏亚雷斯-达科斯塔(TatianaSoaresdaCosta)博士说:"现在许多杂草都对市场上现有的除草剂产生了抗药性,每年给农民造成数十亿美元的损失。将失效的抗生素用作除草剂为更快地开发出新的、更有效的除草剂提供了捷径,这些除草剂可针对农民难以控制的破坏性和入侵性杂草。"该大学除草剂和抗生素创新实验室的研究人员发现,细菌性超级细菌和杂草在分子水平上有相似之处。(左起)艾米丽-麦基(EmilyMackie)、安德鲁-巴罗(AndrewBarrow)博士和塔蒂亚娜-苏亚雷斯-达科斯塔(TatianaSoaresdaCosta)博士。资料来源:阿德莱德大学他们利用这些相似之处,通过对一种失效抗生素的结构进行化学修饰,阻止了对杂草生长至关重要的氨基酸赖氨酸的产生。"目前市场上还没有以这种方式发挥作用的市售除草剂。"阿德莱德大学怀特研究所SoaresdaCosta博士团队的博士后研究员安德鲁-巴罗(AndrewBarrow)博士说:"事实上,在过去40年中,几乎没有任何具有新作用机制的新型除草剂进入市场。"据估计,杂草每年给澳大利亚农业造成的损失超过50亿澳元。一年生黑麦草尤其是澳大利亚南部最严重、成本最高的杂草之一。SoaresdaCosta博士说:"这种捷径策略节省了宝贵的时间和资源,因此可以加快急需的新型除草剂的商业化进程。同样重要的是,使用失败的抗生素不会导致抗生素耐药性,因为我们发现的除草剂分子不会杀死细菌。它们专门针对杂草,对人体细胞没有影响。"从这一发现中获益的不仅仅是农民。研究人员说,这还可能导致开发出新的除草剂,专门针对生长在我们后院和车道上的讨厌杂草。这种再利用方法有可能发现用途广泛的除草剂,可以杀死多种杂草。塔蒂亚娜-索亚雷斯-达科斯塔博士和她的团队目前正在研究通过重新利用其他失败的抗生素来发现更多的除草剂分子,并与业界合作向市场推出新型安全的除草剂。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371971.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1371971.htm

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Solix Spraver农业机器人:能自主寻找并消灭杂草

SolixSpraver农业机器人:能自主寻找并消灭杂草除了成本高之外,除草剂还可能对环境造成危害,那么,为什么要将除草剂用于整个作物而不是只用于杂草生长的区域?--这就是SolixSpayer机器人背后的想法,它可以在农民的田地里发现并喷洒杂草。SolixSprayer由巴西/美国农业技术公司Solinftec设计,将由位于印第安纳州的McKinney制造。跟Solinftec现有的SolixScout机器人一样--它负责检查和报告农作物但不喷洒农作物--它由四个机载太阳能电池板供电。当Sprayer自主地在种植田里来回走动时,它会利用一套集成传感器对它经过的每棵植物进行“从根到叶”的扫描。如果机载AliceAI系统确定该植物是杂草就会有选择地对其使用除草剂。该机器人还能生成一张田地的数字地图并显示检测和处理杂草的位置。据Solinftec介绍称,根据田地形状和地形,一台Sprayer机器人每天能够管理多达100英亩(40.5公顷)的农田。此外,通过利用照明系统和由其太阳能电池板充电的电池,Sprayer可以一天24小时运行。并且由于该机器人比牵引“智能”除草喷雾器的拖拉机轻得多,对土壤的压实应该是最小的。在其目前的形式下,Solix喷雾器被优化用于谷物作物如小麦、大豆和玉米。Solinftec称,在迄今为止进行的美国试验中,该技术已经能减少高达70%的除草剂使用。据悉,该机器计划在明年的某个时候投入商业使用。PC版:https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311477.htm手机版:https://m.cnbeta.com/view/1311477.htm

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新型合成微生物群落在消灭杂草的同时促进作物的健康生长

新型合成微生物群落在消灭杂草的同时促进作物的健康生长华中农业大学的研究团队开发出了实验室培养的新型合成微生物群落(也称为SynComs),这种群落本质上就像一个微型微生物群落,可以消灭杂草目标,同时促进作物的健康和生长。其中一种SynCom从杂草或小麦根瘤中分离出的细菌特别显示出了帮助行业减少除草剂使用的巨大前景。在对四种SynComs(C1、C2、C3和C4)进行的温室比较研究中,C4拔得头筹,它不仅能杀死危害小麦作物的有害稗草,还能促进谷物的健康和生长。研究小组指出:"所有SynComs都能促进小麦生长,具体表现为土壤植物分析发育(SPAD)值和新鲜生物量的增加。与此同时,SynComC4与低剂量Axial除草剂结合使用时,可有效降低侵染杂草小金丝雀草的SPAD值和新鲜生物量。"在这些结果的鼓舞下,研究人员在一个连续多年遭受严重虫害的地区进行了大规模田间试验。他们试验了不同剂量的Axial(25%、50%、75%和100%),发现了一个黄金区域,该区有可能显著减少用于这种主要作物的化学品。研究人员指出:"C4与50%和75%Axial的组合通过减轻除草剂对小麦的副作用,显著改善了小麦的生长。杂草侵扰使50%和75%Axial剂量的谷物产量分别减少16%和25%。与单独使用Axial相比,将Axial与C4结合使用可挽回杂草侵扰下22%的谷物产量损失。""研究结果表明,除草剂与SynComs的组合在控制杂草和促进小麦生长方面具有协同效应,因此这种组合提供了一种可持续的生态友好型杂草控制策略"。自商业化以来,除草剂就毁誉参半,数以百计的合成化合物被广泛应用于集约农业,提高了产量,减少了人工劳动。然而,尽管除草剂被广泛用于控制破坏作物的植物,并具有促进生长的作用,但在越战期间,美国军方使用橙剂(以及紫、蓝、粉、绿和白剂)混合除草剂来去除树木叶片、破坏植被和作物后,除草剂对人类的毒性就变得非常明显了。1971年,美国禁用了这种除草剂(比有毒杀虫剂滴滴涕早一年)。虽然美国对除草剂的使用进行了严格监管,但其使用会产生严重的连锁反应。就像人类肠道微生物群对整体健康的重要性一样,土壤中的微生物群对其维持的生命也至关重要。除草剂会减少土壤中循环养分的有机物,使这一独特的微生物群退化,从而降低作物产量。这反过来又会增加用于促进生长的化学品。不过,SynComs也有自己的挑战,例如在释放到自然环境中时,会面临土壤中的竞争物种。随着时间的推移,合成微生物也可能因进化和横向基因转移而发生变化。(除草剂的使用也导致植物发展出抵抗反复化学攻击的机制)。在这项研究中,科学家们发现C4能显著促进小麦的生长,即使在没有Axial的情况下也是如此。在包括一种基于糖的新型除草剂、另一种来自"失败"抗生素的除草剂、甚至基于植物的泡沫等研究领域,这是一个充满希望的进展。研究人员指出:"在田间条件下,即使与低剂量除草剂一起使用,C4也能表现出理想的双重功能,既能控制小麦蚜虫,又能促进小麦生长。因此,将SynComs与低剂量除草剂结合使用有望成为一种可持续的环保除草策略。"这项研究发表在《土壤生态学通讯》杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416279.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1416279.htm

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糟糕的抗生素药物被重新利用 成为良好的除草剂

糟糕的抗生素药物被重新利用成为良好的除草剂当涉及到保护他们的作物时,农民有很多事情要做:吃植物的昆虫,感染叶子、芽和根的微生物,以及与作物争夺土壤和太阳的入侵杂草。由于抗除草剂杂草的蔓延,以及由于安全和环境问题对使用现有除草剂的可以理解的立法禁令或限制,除草剂的选择正在减少。这些问题,再加上多年来没有生产新型除草剂的事实,导致了人们对可持续农业的未来的担忧。现在,南澳大利亚阿德莱德大学的研究人员提出了一个新的解决方案。有效的除草剂--如广泛使用的草甘膦--阻止植物制造包括生长在内的各种植物过程所需的某些氨基酸(蛋白质)。研究人员了解到,一种新的除草剂必须抑制导致氨基酸赖氨酸的生物合成的分子途径。巧合的是,在过去三十年里,医学研究人员一直专注于开发能抑制赖氨酸生物合成的抗生素。然而,大多数没有进入市场,因为它们对病原体没有效果。但是,鉴于细菌和植物之间的分子相似性,研究人员探索了将"失败的"抗生素作为除草剂使用。通过修改一种用于治疗结核病的候选抗生素的分子结构,研究人员发现它可以阻止赖氨酸的产生,这种抗生素未能走出实验室。该研究的共同作者之一AndrewBarrow说:"市场上没有以这种方式工作的商用除草剂。事实上,在过去的40年里,几乎没有任何具有新的作用机制的新除草剂再进入市场。"重要的是,研究人员说,使用失败的抗生素作为除草剂不会促成人类对抗生素的耐药性,因为它们无法杀死细菌,对人体细胞没有影响。研究人员意识到他们的发现有未开发的潜力。该研究的通讯作者TatianaSoaresdaCosta说:"这一发现对农业产业来说是一个潜在的游戏规则改变者。现在许多杂草对市场上现有的除草剂有抗性,每年给农民带来数十亿美元的损失。使用失败的抗生素作为除草剂,为更快地开发新的、更有效的除草剂提供了一条捷径,这些除草剂针对的是农民认为难以控制的破坏性和入侵性杂草。"而且,他们说,这一发现可能比农民受益更多;它可能会导致开发家庭用的除草剂。Barrow说:"我们的再利用方法有可能发现具有广泛用途的除草剂,可以杀死各种杂草。"该研究发表在《通信生物学》杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361607.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1361607.htm

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揭秘中科院新型除草剂双烯双胺:除草场景下才变成百草枯安全性极高其联吡啶盐结构不仅能够通过拦截电子阻断植物体内光合系统I的正常功能从而达到除草效果,也可以在人体内发生氧化还原反应导致NADPH的耗竭和超氧自由基的形成,产生细胞毒性。而双烯双胺是一个容易制备、稳定的“还原态”百草枯前体(不具备电子传导功能的非联吡啶盐结构前体),只有当这种前体被喷洒在杂草上时,才能转化为具有除草效果的百草枯。也就是说,双烯双胺可在除草环境中(空气、自然光和水存在下)转化为百草枯,而在室内(无需暗室保存)无论以固态或水溶液形态,均表现出相当的稳定性。中科院表示,双烯双胺有望开发成为替代百草枯的广谱除草剂,不仅可能有助于保障我国乃至全球的粮食安全,而且有望防止因百草枯中毒导致的死亡,具有重要的研究意义和社会价值。该项目近日以“Dienediamine:ASafeHerbicideasParaquatSurrogate”为题目发表在植物科学领域顶级期刊《分子植物(MolecularPlant)》上。双烯双胺的鉴定、制备和转化...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398553.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1398553.htm

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