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美国研究人员发现了一种固氮玉米

最近,美国研究人员在Plos生物学上发表文章,发现了一种固氮玉米。这种植物的表型信息如下:

玉米(zeamaysl.)是美国种植的最大的粮食作物,每年种植面积9000万英亩,氮肥560万吨。最近,加州大学戴维斯分校(UniversityofCalifornia,Davis)著名教授阿兰贝内特(Alanbennett)撰写了一篇关于固氮玉米的文章,可能对玉米改良有很大价值。

玉米是大约一万年前在墨西哥驯化的一种野生植物。其中一些驯化品种是在瓦哈卡附近的齐拉米地区的偏远村庄进化而来的。班尼特教授曾提到,由于无法获得肥料,这里的人们必须在贫瘠的土壤上种植作物。为此,当地农民每年都会筛选和开发适合环境的玉米。

玉米生理特性

植物与微生物群落密切相关,这些复杂的微生物群有助于植物生长、营养获取和植物防御。对于豆科植物来说,固氮微生物与固氮微生物的互利共生有助于氮营养的利用,但这些微生物在谷物中的作用非常有限,包括玉米。研究人员认为混合玉米可能与固氮细菌有关,所以花了很多年才找到这些土生土长的品种。20世纪80年代,人们观察到玉米生长在缺氮土壤中,但直到2000年左右,该技术才能深入研究固氮过程。在过去十年里,班尼特领导的跨学科小组一直在积极探索这一进程,认为这一发现将为这些国家的作物改良和粮食安全打开希望之门。

共同作者javierlopez审查了锡尔拉米地区的实地试验(allenvandeynze/ucdavis)

在锡尔拉米地区发现的热带玉米看起来与传统玉米大不相同。它们可以高达16英尺或更高,远远超过一个典型的传统品种(12英尺高);与此同时,生长周期更长,需要8至9个月,而不是传统玉米3个月。

在锡尔拉米地区发现的热带玉米与传统的玉米(空中根)不同

采用15N2气体标记法对玉米的粘液、根和去势叶绿素进行了富集和分析,结果表明,大气固氮量占玉米氮素营养的29%≤82%,与传统玉米根部附近的一、二组固氮玉米相比,固氮玉米可形成8~10组气生根,且不触地。

玉米的气生根在种植后3~6个月会分泌大量的黏液。

玉米的气生根在种植3至6个月后分泌大量类似凝胶的物质或粘液,为细菌提供低氧和富含糖的环境,从而将空气中的氮转化为可供玉米使用的营养物质。

粘液中含有丰富的碳水化合物,其主要成分是阿拉伯糖、海藻糖和半乳糖。

这篇文章的合著者让·米凯拉教授说:我们的研究表明,这种混合玉米中的黏液是固氮的关键成分。

在贫瘠地区,杂交常规玉米品种可以减少肥料的使用,增加产量。

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