种子穿素蚕 作茧自固氮

《中国农资》记者李鑫译

据麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)一项最新的研究表明，在种子表面增加一种特殊的蚕丝包裹层，能够让作物深深地扎根于贫瘠的土壤，尤其在农田土壤盐碱化程度高的地区效果颇佳。该方法让种子的整个“身体”置身于一个严严实实的白色“睡袋”中，在睡袋的顶部留有一个圆形开口，便于种子破土而出。这件专为种子设计的“丝帛”衣裳，不仅能够抵御来自土壤中的有害物质，同时，还能为作物生长提供有益的微生物，这种微生物还能够将空气中不能被利用的分子态氮转为化合态氮，将土壤中不能被利用的化合态磷、钾转化为可以被利用的磷和钾，以及提供其他微量元素等。该研究得到了麻省理工学院、摩洛哥穆罕默德六世理工大学以及美国海军研究办公室的支持。

蚕丝衣裳妙手偶得

地球大气的氮含量约为78%，大部分植物无法从空气中固氮，因为植物光合作用会产生氧气，而氧气会降低固氮效率。该项目工程师将种子裹缚在蚕丝当中，这种蚕丝含有一种可以在空气中固氮的细菌，能够帮助种子在恶劣的环境中拔节生长。研究团队的实验表明，这些种子可以在含盐量过高的土壤中正常生长，而未经处理过的对照组则无法发育。下一步，研究团队对自己提出更高的要求，希望这一过程在不需要设备辅助的情况下完成，并且进一步缩减成本。

该项研究报告由麻省理工学院土木与环境工程教授BenedettoMarelli、博士后EugenLim、研究生AugustineZvinavashe’16和HuiSun共同撰写，研究结果发表于《美国国家科学院院刊》。这项工作源于Marelli教授之前的一项关于蚕丝膜延长种子的保质期的研究。Marelli表示，当我做这项研究时，偶然发现蚕丝可以增加土壤中微生物的含量，更为重要的是这种微生物能把空气中的氮转化成一种易于被植物吸收的形态，为作物提供天然的肥料，从而达到减少化学肥料投入的目的。

Marelli进一步表示，氮肥的大量施用、过度使用的现象普遍严重，导致土壤退化、作物的抗逆能力降低、温室效应加剧等环境污染问题日益加剧。具备固氮能力的细菌存在于世界各地的土壤中，不同的地区的细菌种类也各不相同，它们在自然土壤环境之外很难保存。但是，蚕丝这种生物材料可以有效的保护固氮细菌，所以，Marelli和他的团队决定将固氮细菌作为研究对象。

生物固氮未来可期

Marell想到将固氮细菌添加到种子的覆膜上，当种子进入土壤时，固氮细菌理应存活。然而，事与愿违，测试结果并不理想，固氮细菌并没有像预期的那样保存下来。正是在这个时候，Zvinavashe提出增加一种特殊的营养物质——海藻糖，用来保护固氮细菌。海藻糖在自然界中许多动植物及微生物体内都广泛存在，对多种生物活性物质具有非特异性保护作用。随后，研究人员在麻省理工学院和摩洛哥穆罕默德六世理工大学进行了测试，将蚕丝、固氮细菌和海藻糖都悬浮在水中，在种子表面得到了均匀的保护层，实验结果令人满意。

“在固氮细菌的帮助下，研究团队培育出的作物比那些未经处理过的种子更加健康，并且能够在盐碱地等不适合农业生产的土壤中向阳而生。”Marelli兴奋地说，实际上，这种蚕丝层可以通过浸渍或喷涂的方式裹缚在种子上，两种方法均可在常温常压下进行，种子只需浸涂几秒钟，就能产生只有几微米厚的涂层，整个过程快速、简单，方便的农场主和不熟练的种植者应用。此外，种子的包裹层所使用的蚕丝是水溶性的，当它暴露在土壤中时，固氮细菌就会被缓慢地释放出来，并为作物提供养分。

“这些根际细菌通常与豆科植物（如大豆、鹰嘴豆等）共同固氮，为作物提供肥料。目前，相关研究团队正在大力推动将根际细菌的应用延展到非豆科作物，实现这一目标的方法极有可能是修改细菌或植物的DNA。”Marelli表示，接下来，研究人员将致力于开发新的包裹层，这种包裹层不仅可以保护种子免受盐碱地的侵害，而且还可以从土壤中吸收水分，使种子更耐旱。与此同时，明年研究团队将在摩洛哥的开放试验田中进行种植实验。