测量根部深度的新方法可能会带来更有弹性的作物

随着气候变化使全球干旱状况恶化，阻碍作物生产，人们加大了对捕获和储存造成这种现象的大气碳的方法的探索力度。宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种新的高科技工具，可以刺激作物抵御干旱、获取氮和在土壤中更深地储存碳的方式发生变化。

在最近发表在《作物科学》杂志上的研究结果中，他们描述了一种通过使用X射线荧光光谱扫描叶子来准确估计植物根部深度的过程，该过程检测叶子中的化学元素。

该方法认识到根会吸收它们遇到的元素，具体取决于它们到达的深度，并且叶子中的化学元素和根深度之间存在相关性。

研究小组负责人、农业科学学院植物科学杰出教授乔纳森·林奇表示，这项新技术是宾夕法尼亚州立大学临时专利申请的主题，因为它有望加快植物育种过程。他说，在不挖掘植物根部的情况下测量植物根部深度的能力是一项改变游戏规则的技术。

“我们很早就知道根系较深的作物的好处——它们更耐旱，吸收氮的能力更强，而氮往往会随水移动到深处——但问题是如何测量根部深度在现场，”他说。

“要培育深根作物，你需要观察数千种植物。将它们挖出来既昂贵又耗时，因为其中一些根部深达两米或更深。每个人都想要深根作物，但直到现在，我们还没有不知道如何得到它们。”

林奇指出，深根作物的另一个好处是它们可以更有效地在土壤中储存碳。他指出，土壤是储存碳的正确场所，因为大气中的碳是一件坏事——它会导致全球变暖。土壤中的碳是一件好事——它可以提高肥力。

“根部更深意味着植物从光合作用中获得的碳在扎根时会储存在土壤深处。碳进入土壤的深度越深，它在土壤中停留的时间就越长，”他说。

“美国能源部估计，仅在美国种植根深蒂固的农作物就可以抵消我们多年的碳排放总量。这是巨大的——想想美国种植农作物的所有英亩土地。如果这些根长得更深一点，那么我们正在土壤深处储存大量的碳。”

前博士后莫莉·汉隆(MollyHanlon)指出，开发这种新方法(研究人员将其称为LEADER(深层根部的叶元素积累))花了六年时间，收集并分析了全国四个研究地点的2000多个土壤核心样本。林奇研究小组的学者，他是这项研究的带头人。

它涉及在宾夕法尼亚州立大学拉塞尔·E·拉尔森农业研究中心、科罗拉多大学农业研究和教育中心、威斯康星大学阿灵顿农业研究站和威斯康星大学汉考克农业研究中心种植一组30个基因不同的玉米品系。车站。

研究人员发现，他们可以使用LEADER方法以高精度对最长深根长度(深度超过30或40厘米)的地块进行正确分类。

汉隆解释说，土壤科学的一个主要原则是生物、物理和化学特性随土壤深度而变化。汉隆现在是圣路易斯唐纳德·丹福斯植物科学中心的高级研究科学家。

“植物的根在这些不同的土壤层中生长，”她说。“然后这些元素被输送到芽，我们可以使用X射线荧光快速、轻松地测定叶子组织的元素含量。通过这种方式，叶子可以作为根在土壤中位置的指示器或传感器。”

在这项研究中，研究人员能够通过分析不同土壤中自然存在的元素的叶积累来准确估计根部深度。作为评估根部深度的替代方法，在田间和温室实验中，他们将锶注入设定深度的土壤中，作为LEADER分析的示踪剂。后来，他们收获了附近生长的植物，并确定叶子中检测到的锶与其根部的深度密切相关。

林奇表示，虽然LEADER方法是用玉米完成的，但它提供了更广泛的应用。

“它显示出作为测量不同植物物种和土壤根部深度的工具的前景，”他说。“用玉米进行这项研究是有意义的——它是世界上最重要的作物之一，广泛种植作为人类主食、牲畜饲料、生物燃料和工业原材料。

“深根玉米作物能够在有限条件下吸收更多的水和氮，增加长期土壤碳储存将是一项重大发展。但这种LEADER方法可以用于所有植物。”