通过叶片测量根系长度的新方法可帮助提高作物产量

通过叶片测量根系长度的新方法可帮助提高作物产量深根植物比浅根植物更耐旱，因为它们的长根能够进入地下水位，而短根无法进入地下水位。深根植物也更善于吸收氮等养分，而这些养分往往会随着雨水或灌溉水深入土壤。还有一个减少温室气体排放的好处是，植物的根扎得越深，其捕获的大气二氧化碳在土壤中锁定的时间就越长。这是因为二氧化碳是由叶片吸收并带入根部的。出于这些原因和其他原因，作物科学家一直在努力培育根系更深的作物新品种。目前，检查根系长度的标准方法是在试验地里挖出多株植物，然后用卷尺测量它们的根系。这个过程不仅费时费力，而且在研究后期无法再次测量这些植物的根系，因为它们不会被重新种植。这就是LEADER的由来。LEADER是"LeafElementAccumulationfromDEepRoot"的缩写，这种根部测量方法是由宾夕法尼亚州立大学的乔纳森-林奇教授及其同事创造的。这项技术的基础是，在任何给定的农田里，不同的矿物质和其他元素存在于土壤的不同深度。当植物的根系向下生长到土壤中时，就会吸收这些元素，并将其带入叶片。因此，通过观察叶片中含有哪些土壤元素，就可以知道根系目前已经向下生长了多远。当然，你首先需要知道哪些元素位于哪个深度，这可以通过采集和分析有关田地的初始土壤核心样本来确定。LEADER运作示意图宾夕法尼亚州立大学在这项研究中，林奇的团队在全美四个地点种植了30个不同基因的玉米品系，并在六年时间里对这些地点的土壤和叶片进行了检测。叶片分析是在现场使用手持式X射线荧光分光光度计进行的。对于根系长度在30厘米（1英尺）或更长的植物，LEADER的精确度与传统的根系测量技术不相上下。尽管如此，在某些试验地块中，不同土壤深度的不同天然元素之间可能没有明确的界限。在这种情况下，可以在种植作物之前，将锶等"示踪元素"埋入已知深度的土壤中。一旦锶开始在叶片中出现，作物科学家就会知道根系已经到达了那个深度。重要的是，虽然研究中使用的是玉米，但LEADER应该适用于所有类型的植物。"要培育根系更深的作物，你需要观察成千上万株植物。把它们挖出来既费钱又费时，因为有些根系深达两米或更深，"林奇说。"每个人都想要深根作物--但直到现在，我们还不知道如何获得它们。"有关这项研究的论文最近发表在《作物科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425017.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425017.htm

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性微生物模型利用广泛的基因组数据为土壤碳模拟提供动力。图片来源：VictorO.Leshyk插图这个新模型使科学家们能够更好地了解某些土壤微生物如何有效地储存植物根系提供的碳，并为农业战略提供信息，以保护土壤中的碳，支持植物生长和减缓气候变化。"我们的研究证明了直接从土壤中收集微生物遗传信息的优势。在此之前，我们只掌握了实验室研究的少数微生物的信息，"论文第一作者、伯克利实验室博士后研究员吉安娜-马施曼（GiannaMarschmann）说。"有了基因组信息，我们就能建立更好的模型，预测各种植物类型、作物甚至特定栽培品种如何与土壤微生物合作，更好地捕集碳。同时，这种合作还能增强土壤健康"。最近发表在《自然-微生物学》杂志上的一篇新论文介绍了这项研究。论文的通讯作者是伯克利实验室的EoinBrodie和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的JenniferPett-Ridge，后者领导着"微生物持久存在"土壤微生物组科学重点领域项目，该项目由能源部科学办公室资助，以支持这项工作。看见看不见的东西-微生物对土壤健康和碳的影响土壤微生物帮助植物获取土壤养分，抵抗干旱、疾病和虫害。它们对碳循环的影响在气候模型中的体现尤为重要，因为它们会影响土壤中储存的碳量或在分解过程中以二氧化碳形式释放到大气中的碳量。通过利用这些碳构建自己的身体，微生物可以将碳稳定（或储存）在土壤中，并影响碳在地下的储存量和储存时间。这些功能与农业和气候的相关性正受到前所未有的关注。然而，仅一克土壤中就含有多达100亿个微生物和数千个不同物种，绝大多数微生物从未在实验室中被研究过。直到最近，科学家们才从实验室研究的极少数微生物中获得数据，为这些模型提供依据，其中许多微生物与需要在气候模型中体现的微生物无关。Brodie解释说："这就好比根据只生长在热带森林中的植物所提供的信息，为沙漠建立生态系统模型。"为了应对这一挑战，科学家团队直接利用基因组信息建立了一个模型，该模型能够适应任何需要研究的生态系统，从加利福尼亚的草原到北极解冻的永久冻土。该模型利用基因组深入了解土壤微生物的功能，研究小组将这种方法用于研究加利福尼亚牧场中植物与微生物组之间的相互作用。牧场在加州具有重要的经济和生态意义，占陆地面积的40%以上。研究重点是生活在植物根部周围的微生物（称为根圈）。这是一个重要的研究环境，因为尽管根区只占地球土壤体积的1-2%，但据估计，根区储存了地球土壤中30-40%的碳，其中大部分碳是由根系在生长过程中释放出来的。为了建立这个模型，科学家们利用加州大学霍普兰研究与推广中心提供的数据，模拟了微生物在根部环境中的生长情况。不过，这种方法并不局限于特定的生态系统。由于某些遗传信息与特定的性状相对应，就像人类一样，基因组（模型所基于的）与微生物性状之间的关系可以转移到世界各地的微生物和生态系统中。研究小组开发了一种新方法来预测微生物的重要性状，这些性状会影响微生物利用植物根系提供的碳和养分的速度。研究人员利用该模型证明，随着植物的生长和碳的释放，由于根系化学和微生物性状之间的相互作用，会出现不同的微生物生长策略。特别是，他们发现，生长速度较慢的微生物在植物生长后期会受到碳释放类型的青睐，而且它们在利用碳方面的效率出奇地高--这使它们能够在土壤中储存更多的这种关键元素。这一新的观测结果为改进模型中根系与微生物之间的相互作用提供了依据，并提高了预测微生物如何影响气候模型中全球碳循环变化的能力。"这些新发现对农业和土壤健康具有重要意义。通过我们正在建立的模型，我们越来越有可能利用对碳如何在土壤中循环的新认识。这反过来又为我们提供了可能性，使我们能够提出保护土壤中宝贵的碳的策略，从而在可行的范围内支持生物多样性和植物生长，以衡量其影响，"马施曼说。这项研究强调了利用基于遗传信息的建模方法来预测微生物性状的威力，有助于揭示土壤微生物组及其对环境的影响。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420579.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420579.htm

揭开亚马逊地区脚下的秘密：古老的土壤如何促进全球的森林恢复

揭开亚马逊地区脚下的秘密：古老的土壤如何促进全球的森林恢复现在，来自巴西的科学家表明，ADE可以成为促进重新造林的"秘密武器"--不仅是在亚马逊地区，那里自20世纪70年代以来已经损失了18%或大约78万平方公里--而且在全世界。这些结果发表在《土壤科学前沿》杂志上。联合第一作者、巴西圣保罗大学农业核能中心的研究生LuísFelipeZagatto说："这里我们表明，由于ADE的高营养水平，以及土壤微生物群落中有益细菌和古细菌的存在，使用ADE可以促进牧草和树木的生长。这意味着关于使ADE非常肥沃的'成分'的知识可以应用于帮助加速生态恢复项目"。Cedrelafissilis的最终花瓶显示了不同土壤的生长差异。从左到右：100%ADE，20%ADE，控制土壤。资料来源：LuísFelipeGuandalinZagatto模仿重新造林的缩影研究人员进行了受控实验，以模仿生态演替和土壤的变化，这些变化发生在被砍伐地区的牧场被积极恢复为森林的时候。他们的目的是研究ADEs，或者最终微生物组被人为地组成以模仿它们的土壤，如何能够促进这一过程。Zagatto及其同事从巴西亚马逊州的Caldeirão实验研究站采集了ADE样本，并将圣保罗州的LuizdeQueiróz高级农业学校的农业土壤作为对照。他们在一个平均温度为34ºC的温室内，将36个4升的花盆装满了3公斤的土壤，以预期全球变暖，超过亚马逊地区目前22至28ºC的温度。深裂号角树花瓶实验显示出生长的差异取决于土壤。从左到右：100%ADE,20%ADE,控制土壤。资料来源：LuísFelipeGuandalinZagatto三分之一的花盆只接受对照土壤，另三分之一是对照土壤和ADE的4:1混合物，还有三分之一是100%ADE。为了模仿牧场，他们在每个花盆中种植了巴西常见的牲畜饲料棕榈草（Urochloabrizantha）的种子，让其幼苗生长60天。然后他们把草割掉，只让它的根留在土壤里--这就是微缩版的重新造林的处女地。然后，研究人员在这三种土壤中的每一种都重新种上了树的种子：或者种上入侵物种Ambaypumpwood（Cecropiapachystachya），或者种上Peltophorumdubium以及cedroblanco（Cedrelafissilis）。让种子发芽，幼苗生长90天，然后测量其高度、干重和根系的延伸。在实验过程中，科学家们量化了土壤的pH值、质地和有机物、钾、钙、镁、铝、硫、硼、铜、铁和锌的浓度变化。通过分子方法，他们还测量了土壤中微生物多样性的变化。劈裂洋椿的花瓶实验显示出生长的差异取决于土壤。从左到右：100%ADE，20%ADE，控制土壤。资料来源：LuísFelipeGuandalinZagatto丰富的营养物质和有益的微生物在开始时，ADE显示出比对照土壤更多的营养物质：例如，30倍的磷和3到5倍的其他测量营养物质，除了锰。ADE还具有更高的pH值，含有更多的沙子和淤泥，但粘土较少。实验结束后，土壤中的养分含量比开始时少，反映了植物的吸收情况，但100%ADE土壤的养分含量仍然比对照土壤丰富，而20%ADE土壤的养分含量处于中间水平。在整个实验过程中，20%或100%ADE土壤比对照土壤支持更多的细菌和古细菌的生物多样性。"微生物将化学土壤颗粒转化为可被植物吸收的营养物质。"联合第一作者安德森-桑托斯-德-弗雷塔斯说："我们的数据显示，ADE含有的微生物更擅长这种土壤转化，从而为植物发展提供更多的资源。例如，ADE土壤含有更多有益的细菌家族Paenibacillaceae、Planococcaceae、Micromonosporaceae和Hyphomicroblaceae的分类群"。生长得到促进研究结果还显示，在土壤中添加ADE可以改善植物的生长和发育。例如，与对照土壤相比，棕榈草的干质量在20%ADE中增加了3.4倍，在100%ADE中增加了8.1倍。ADE的添加也促进了三种树种的生长：与对照土壤相比，在20%ADE中，白雪松和P.dubium的幼苗分别高了2.1和5.2倍，在100%ADE中分别高了3.2和6.3倍。深裂号角树在对照土壤或20%ADE中甚至没有生长，但在100%ADE中却很茁壮。研究人员得出结论，ADE可以促进植物生长。他们写道："我们的数据表明，土壤养分和适应性微生物的混合物[在ADE中]可以改善植物树木在修复中的建立。"高级作者、同一研究所的教授SiuMuiTsai博士告诫说："ADE经过数千年的积累，如果使用，也需要同样的时间在自然界中再生。我们的建议不是利用ADE本身，而是复制其特征，特别是其微生物，以用于未来的生态恢复项目"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358477.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358477.htm

研究人员利用声音培育土壤真菌 可恢复受损的生态系统

研究人员利用声音培育土壤真菌可恢复受损的生态系统研究发现，植物将声音视为一种机械刺激，可以促进养分流动、促进生长和增强免疫系统。现在，南澳大利亚弗林德斯大学（FlindersUniversity）的一项新研究表明，土壤可能也是如此。研究人员调查了声刺激如何影响一种常驻土壤、促进植物生长的真菌，以及是否有可能利用声音来恢复受损的生态系统。"世界上超过75%的土壤已经退化，因此我们需要采取根本性措施来扭转这一趋势，并开始恢复生物多样性，"该研究的第一作者兼通讯作者杰克-罗宾逊（JakeRobinson）说。"这项研究让我们大吃一惊，与声波处于环境水平的对照组相比，一种常见的植物生长促进真菌的孢子细胞生物量的初始数量增加了近五倍"。研究人员首先将普通绿茶包和南非红茶包埋入地下，以促进真菌生物质（一种来自动植物的可再生有机材料）的生长。将茶包放置在隔音箱中，让它们暴露在8千赫的70分贝或90分贝单调声场中。实验开始时，所有茶包都看不到真菌生物量，但经过14天的声波刺激后，在70分贝和90分贝处理组中，绿茶包和红茶包以及每个茶包的内部和外部都明显出现了大量致密的真菌生物量。而在环境声低于30分贝的对照组茶包中，真菌生物量的可见度要低得多。研究人员随后在实验室环境中重复了这一实验，使用的培养皿中含有毛霉培养物。毛霉是一种有效的生物控制剂，能杀死多种土壤中的病原体，促进植物生长。20个培养皿在5天内受到频率为8千赫的80分贝单调声波刺激；20个培养皿没有受到任何刺激。到第五天，观察到声刺激对真菌生长、孢子生长和孢子密度有很大影响。在暴露于声音的培养皿中，孢子活动增加了约五倍。"我们实验室对恢复生态学的研究正在为改善原生植被的重新生长铺平道路，包括重新引入失去的物种，"该研究的共同作者马丁-布里德（MartinBreed）说。"我们对刺激土壤微生物活动潜力的研究利用了其他创新的可能性来帮助恢复自然。"重新植被后，土壤微生物需要几十年才能完全恢复。这项研究为加快这一过程提供了一种潜在的"生态声学"方法。还需要进一步研究声音对真菌生长的影响机制，并确定某些声音参数是否能针对特定的真菌种类。该研究的预印本可在bioRxiv上查阅。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415297.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415297.htm

亚马逊流域不为人知的秘密：促进树木生长的土壤ADE

亚马逊流域不为人知的秘密：促进树木生长的土壤ADE巴西科学家分析了本地管理产生的典型土壤成分，目的是开发生物技术应用，更有效地恢复退化地区。图片来源：LuísFelipeZagatto/CENA-USP"亚马逊黑土（ADE）富含养分，支持微生物群落，有助于植物生长等。"位于巴西皮拉西卡巴的圣保罗大学农业核能中心（CENA-USP）的硕士研究生路易斯-费利佩-瓜达林-扎加托（LuísFelipeGuandalinZagatto）表示，他是这篇文章的作者之一。Cedrelafissilis的最终花瓶显示出不同土壤造成的生长差异。从左至右：100%ADE、20%ADE、对照土壤。资料来源：LuísFelipeGuandalinZagatto研究人员发现，ADE中的微生物群（细菌、古菌、真菌和其他微生物）对植物生长非常有益。在土壤中添加ADE能促进他们分析的三种树种的生长。与对照土壤相比，巴西雪松（Cedrelafissilis）和黄椿（Peltophorumdubium）的幼苗在含有20%ADE的土壤中长到正常高度的两倍到五倍，在含有100%ADE的土壤中长到正常高度的三倍到六倍。深裂号角树（Cecropiapachystachya）在对照土壤（不含ADE的土壤）中根本无法生长，但在100%ADE的土壤中却生长茂盛。在含有20%ADE的土壤中，禾本科牧草的干重比对照土壤增加了三倍多，而在100%ADE的土壤中则增加了八倍多。Peltophorumdubium的盆栽实验显示了不同土壤的生长差异。从左至右：100%ADE、20%ADE、对照土壤。图片来源：LuísFelipeGuandalinZagatto"ADE中的细菌能将土壤中的某些分子转化为植物可以吸收的物质。"文章的第一作者安德森-桑托斯-德弗雷塔斯（AndersonSantosdeFreitas）说："打个不太恰当的比方，你可以说这些细菌就像微型'厨师'，它们将植物无法'消化'的物质转化为植物可以代谢获利的物质。"他是CENA-USP的博士生，也是播客BiotecemPauta的合著者。与对照土壤相比，ADE含有更多的养分：例如，磷含量是对照土壤的30倍，除锰以外，所测得的其他每种养分含量都是对照土壤的3到5倍。它的pH值也更高。Cecropiapachystachya的最终花瓶显示了不同土壤在生长方面的差异。从左至右：100%ADE、20%ADE、对照土壤。图片来源：LuísFelipeGuandalinZagattoZagatto及其同事在亚马孙州的卡尔代朗试验田采集了ADE样本。对照土壤来自圣保罗州皮拉西卡巴市路易斯-德凯罗斯农学院（ESALQ-USP）的实验农田。他们在36个四升花盆中分别装入3千克（6.6磅）土壤，并将其放置在平均温度为34°C（93°F）的温室中，以应对全球变暖的影响，因为亚马逊地区目前的温度在22°C至28°C（72°F至82°F）之间。三分之一的花盆里装的是对照土壤，三分之一的花盆里装的是对照土壤和ADE4:1的混合物，还有三分之一的花盆里装的是100%的ADE。为了模拟牧场，他们在每个花盆里都种下了禾本科牧草（Urochloabrizantha）的种子，让它们发芽60天。然后，他们将草割掉，但留下草根，通过播种三种树木的种子来模拟恢复退化的牧场。该研究小组并不建议使用ADE，因为它是一种有限资源，而且受到很好的保护。他们研究的重点是分析ADE的化学特性（养分、有机物和pH值）以及酶活性和其他有利于植物的生物和生化方面。"我们需要了解究竟是哪些微生物产生了这些作用，以及如何在不需要ADE的情况下利用它们。然后，我们可以尝试通过生物技术开发等手段复制这些特性。这项研究是朝着这个方向迈出的第一步，"他说。森林砍伐是巴西面临的一个严重问题，而且不仅仅发生在亚马逊地区。原因有很多，例如牧场或耕地取代了森林。找到迅速恢复这些地区的方法越来越重要，这样森林才能重新生长，生态系统服务才能恢复，为环境和人类带来各种好处，包括气候和空气质量调节，以及土壤中的碳储存。扎加罗说："在这项研究中，我们的目的是评估热带森林生态恢复项目（更具体地说是亚马逊地区）可能的改进动力，以便将来这些地区能够尽可能地恢复到原始状态。我们相信这些结果很有希望，并表明在幼苗生产中甚至直接在田间利用ADE的特性可以成为加速热带森林生态恢复的一种方法。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392373.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392373.htm

试验发现种植玉米作物会促进土壤微生物的生长而提高小麦产量

试验发现种植玉米作物会促进土壤微生物的生长而提高小麦产量玉米植物在生长过程中，根部会释放出一种叫做苯并恶嗪的化学物质。这些化学物质沉积在土壤中，反过来又会影响有益细菌和真菌的生长。即使在植物收割后，这些微生物仍会留在土壤中。伯尔尼大学之前进行的研究显示，实验室测试表明，如果在以前种植玉米的土壤中种植小麦植物，它们的生长情况比对照植物更好。在马蒂亚斯-埃尔布（MatthiasErb）和克劳斯-施莱比（KlausSchläppi）教授的带领下，该大学的一个科学家小组最近开始研究在实际农业环境中是否会出现同样的效果。为此，他们在试验地里种植了两种玉米--一种是正常玉米，另一种则经过改良，不产生苯并恶嗪类物质。这些作物收获后，他们又在相同的地块上种植了三种冬小麦。在两年的时间里，人们发现，在增产苯并恶嗪的土壤中种植的小麦产量提高了4%。此外，这些小麦的虫害也较少。虽然还需要进行更多的研究，但希望这些发现最终能减少化肥和杀虫剂的使用。埃尔布说："4%的增产听起来可能并不惊人，但考虑到在不增加投入的情况下提高小麦产量已变得多么具有挑战性，这仍然具有重大意义。不过，由于产量还取决于许多其他因素，这种效果是否真的会对整体农业生产率和可持续性产生重大影响还有待观察"。最近发表在《eLife》杂志上的一篇论文介绍了这项研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376477.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376477.htm