麻省理工学院的研究人员设计了一种方法来保护种子在关键的发芽阶段免受缺水压力，甚至为植物提供额外的营养。
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一种新的种子包衣工艺可以使种子保留任何可用的水分，从而促进边缘干旱土地上的农业。
随着世界继续变暖，许多已经处于农业边缘化条件的干旱地区将面临越来越大的压力，可能导致严重的粮食短缺。现在，麻省理工学院的研究人员提出了一种很有前景的方法，可以在种子发芽的关键阶段保护种子免受缺水压力，甚至同时为植物提供额外的营养。
研究人员表示，该过程与摩洛哥的研究人员合作进行了持续测试，简单且成本低廉，可以广泛应用于干旱地区。研究结果发表在Nature Food杂志上 ，在麻省理工学院土木与环境工程教授 Benedetto Marelli、麻省理工学院博士生 Augustine Zvinavashe '16 以及麻省理工学院和摩洛哥穆罕默德六世国王理工大学的其他八人的论文中。
该团队开发的两层包衣是 Marelli 和他的合作者多年研究的直接产物，旨在开发种子包衣以赋予各种好处。以前的版本使种子能够抵抗土壤中的高盐分，但新版本旨在解决缺水问题。
“我们想制造一种专门用于应对干旱的涂层，”Marelli 解释说。 “因为有明确的证据表明气候变化将影响地中海地区的盆地，”他说，“我们需要开发新技术来帮助缓解气候模式的这些变化，这些变化将导致可用的水资源减少农业。”
新涂层的灵感来自于奇异子和罗勒等种子上的天然涂层，旨在保护种子不干燥。它提供了一种凝胶状的涂层，可以顽强地吸附任何伴随而来的水分，并用它包裹种子。
第二层，涂层的内层包含保存的称为根际细菌的微生物，以及一些帮助它们生长的营养物质。当暴露在土壤和水中时，微生物会将氮固定到土壤中，为正在生长的幼苗提供营养肥料以帮助其生长。
“我们的想法是为种子包衣提供多种功能，”Marelli 说，“不仅针对这种水套，还针对根际细菌。这是我们种衣的真正附加值，因为这些是自我复制的微生物，可以为植物固氮，因此它们可以减少提供的氮基肥料的数量，并丰富土壤。”
研究人员说，使用摩洛哥试验农场的土壤进行的早期试验显示出令人鼓舞的结果，现在正在进行种子的田间试验。
最终，如果涂层通过进一步的测试证明其价值，那么涂层就足够简单，可以在当地应用，甚至在发展中国家的偏远地区。 “这可以在本地完成，”Zvinavashe 说。 “这是我们在设计时考虑的事情之一。第一层可以浸涂，第二层可以喷。这些都是农民可以自己完成的非常简单的过程。”不过，Zvinavashe 表示，总的来说，在更容易保存和稳定固氮细菌的设施中集中进行涂层会更经济。
Marelli 说，涂层所需的材料很容易获得，并且已经经常用于食品行业。这些材料也是完全可生物降解的，其中一些化合物本身实际上可以从食物垃圾中提取，最终实现了不断循环利用自身垃圾的闭环系统。
Marelli 说，虽然这个过程会增加种子本身的少量成本，但它也可以通过减少对水和肥料的需求来节省成本。成本和收益的净平衡仍有待进一步研究确定。
尽管使用普通豆类进行的初步测试通过各种措施（包括根质量、茎高、叶绿素含量和其他指标）显示出令人鼓舞的结果，但该团队尚未从带有新涂层的种子一直种植到完整的作物。收获，将是对其价值的终极考验。研究人员表示，假设它确实在干旱条件下提高了收成，下一步将把研究扩展到各种其他重要的农作物种子。
“该系统非常简单，可以应用于任何种子，”Marelli 说。 “我们可以设计种子包衣以应对不同的气候模式。”他说，甚至可以根据特定生长季节的预测降雨量定制涂层。
“这是一项非常重要的工作，”康涅狄格农业实验站主任、耶鲁大学流行病学教授 Jason C. White 说，他与这项研究无关。 “在未来几十年维持全球粮食安全将是我们作为一个物种面临的最重大挑战之一。 ……这种方法符合对一项重要工具的描述；可持续、响应迅速且有效。”
White 说：“种子包衣技术并不新鲜，但几乎所有现有方法都缺乏通用性或响应性。”他说，这项新工作“既新颖又创新”，“真正为响应性种子包衣开辟了一条新的工作途径，以调节对一系列生物和非生物压力源的耐受性。”
参考：Augustine T. Zvinavashe、Julie Laurent、Manal Mhada、Hui Sun、Henri Manu Effa Fouda、Doyoon Kim、Salma Mouhib、Lamfeddal Kouisni 和 Benedetto 撰写的“种子包衣功能的可编程设计诱导半干旱地区耐水胁迫” Marelli，2021 年 7 月 8 日，自然食品 .
DOI：10.1038/s43016-021-00315-8
该团队包括麻省理工学院和摩洛哥本吉里尔穆罕默德六世国王理工大学的 Julie Laurent、Salma Mouhib、Hui Sun、Henri Manu Effa Fouda、Doyoon Kim、Manal Mhada 和 Lamfeddal Kouisni。这项工作得到了 OCP S.A.、穆罕默德六世理工大学-麻省理工学院研究计划、美国海军研究办公室、国家科学基金会和麻省理工学院保罗 M. 库克职业发展教授职位的部分支持。
