可怜的玉米植株。它高大、瘦长、低效的结构使其成为植物中的环境落后者,它吸收水分和肥料,同时浸出大量养分,这些养分在降雨中流失,污染了从中西部到墨西哥湾的地表水。
但是,普渡大学的一位植物遗传学家旨在通过降低玉米植株的高度及其对水和养分的需求,在对碳更为敏感的世界中提高玉米植株的地位。
在印第安纳州西拉法叶的一个温室中,Burkhard Schulz 和他的同事们创造了估计 15,000 株矮秆突变玉米植株,这些植株只有几英尺高,但却含有传统玉米植株的所有营养成分。
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Schulz 说,效果是“从植物获得的谷粒产量或多或少没有变化,但整个植物的生物量减少了一半以上。”
这种改变可以通过化学杀菌剂处理或通过操纵植物的基因来实现,它应该使植物在成熟时减少对水、肥料的需求,并降低风、冰雹、干旱或其他自然行为造成的损害风险。
如果这项技术能够得到改进,以允许大规模育种和种子开发,那么这种矮秆玉米植株可能会通过允许在更恶劣的气候条件下种植玉米来彻底改变全球食物链。它还可以大大提高世界现有玉米种植区的产量,在这些地区,粮食安全仍然是一个主要问题。
普渡大学植物育种和遗传学教授 Mitch Tuinstra 将 Schulz 的玉米研究工作比作 Norman Borlaug 在 1960 年代和 1970 年代为高产小麦作物的开发所做的工作。Borlaug 于 1970 年获得诺贝尔和平奖,以表彰他通过缓解世界各地的粮食危机来帮助促进世界和平。
Tuinstra 指出,其他作物,特别是水稻,由于先进的植物遗传学和育种,已经经历了类似的产量转变,但玉米在很大程度上仍然没有改变——直到现在。
一种应对“严峻”环境的植物
Tuinstra 说:“在许多情况下,非洲、亚洲和南美洲国家种植的品种都非常高大。这些植物提高资源利用效率的一种方法显然是改变玉米的植物结构。Burkhard 工作的意义在于他指出了新的生化途径,并使用独特的生化系统来做到这一点。”
一种更耐寒的玉米植株也可能对成熟的条栽作物区有利,包括美国玉米带的部分地区,在这些地区,不断变化的气候条件正在产生环境压力,例如长期干旱。它还可以让玉米在目前没有种植的地区种植,包括传统上用于小麦种植或牲畜放牧的较干燥地区。
生产矮秆玉米作物的关键之一是找到一种方法,通过去除产生大量花粉的类固醇来“雌性化”植物。这些类固醇也负责传统玉米植株的更大生物量生产。
Schulz 来自德国,并在柏林自由大学完成了博士学位,他说在推进研究方面有几个障碍需要克服,包括改进基因测序以保持玉米植株矮小而不损害其食物价值。
他还说,“在种子公司和农民开始实施这种新技术之前,他们会有数百万种不同的考虑因素。”
Schulz 说,假设这些挑战能够得到克服,矮秆玉米突变体可能会成为农民和种子公司的变革性植物。
他说,“他们都知道他们需要这样的东西。他们正在寻找可以在比现在更严峻的环境下种植的新品种。”
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