MIT：地球持续变暖，建议给种子穿2层“衣服”

　　

随着世界持续变暖，许多已经具备农业边际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已经提出了一种很有希望的方法来保护种子在关键的发芽期免受缺水的胁迫，甚至可以同时为植物提供额外的营养。

研究人员说，这一过程正在与摩洛哥的研究人员合作进行持续的测试，它简单且价格低廉，可以广泛应用于干旱地区。这项研究结果在本周在《Nature Food》杂志上发表，由麻省理工学院的土木与环境工程教授Benedetto Marelli、麻省理工学院博士生Augustine Zvinavashe 等人领导。

该团队开发的双层包衣是Marelli和他的合作者多年来研究的直接结果，他们致力于开发种子包衣，以获得各种益处。以前的版本使种子能够抵抗土壤中的高盐分，但新版本的目标是解决缺水问题。

Marelli解释说：“我们想制造一种专门对付干旱的涂料。因为有明显的证据表明，气候变化将影响地中海地区的盆地，我们需要开发新技术，帮助缓解气候模式的变化，从而减少农业用水。”

这种新的包衣是从一些种子（如chia和basil）上的天然包衣中获得灵感的，它的设计是为了防止种子干燥。它提供了一种凝胶状的涂层，能牢牢地抓住任何水分，并将种子包裹起来。

第二层，涂层的内层含有保存下来的微生物，称为根瘤菌，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，这些微生物会将氮固定到土壤中，为生长中的幼苗提供营养肥料帮助其生长。

“我们的想法是为种衣剂提供多种功能，”Marelli说。“不仅针对这种水膜，而且针对根瘤菌。这是我们种衣剂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，利用摩洛哥试验农场的土壤进行的早期试验已经显示出令人鼓舞的结果，现在正在对这些种子进行实地试验。

最终，如果这些涂层通过进一步的测试证明其价值，那么这些涂层就足够简单，可以在当地应用，甚至可以在发展中国家的偏远地区应用。第一层可以蘸一层，第二层可以喷一层。不过，Zvinavashe说，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更经济。

Marelli说，这种涂料所需的材料很容易获得，而且已经经常用于食品工业。这些材料也是完全可生物降解的，而且一些化合物本身实际上可以从食物垃圾中提取出来，最终实现了闭环系统不断回收自己的垃圾的可能性。

Marelli说，尽管这一过程会给种子本身增加一小部分成本，但它也可以通过减少对水和肥料的需求而节省成本。成本和收益的净平衡仍有待进一步研究确定。

尽管最初使用普通豆类进行的测试通过多种测量手段显示了有希望的结果，包括根质量、茎高、叶绿素含量和其他指标，但研究小组还没有培育出一种从带有新涂层的种子到收获的完整作物，这将是对其价值的最终测试。

研究人员说，假设它确实能提高干旱条件下的收成，下一步将把研究范围扩大到其他各种重要作物种子。

“这个系统非常简单，可以应用于任何种子，”Marelli说。“我们可以根据不同的气候模式来设计种衣剂，甚至可以根据特定生长季节的降雨量来定制种衣剂。”

原文检索：Augustine T. Zvinavashe, Julie Laurent, Manal Mhada, Hui Sun, Henri Manu Effa Fouda, Doyoon Kim, Salma Mouhib, Lamfeddal Kouisni, Benedetto Marelli. Programmable design of seed coating function induces water-stress tolerance in semi-arid regions. Nature Food, 2021; DOI: 10.1038/s43016-021-00315-8