播种有化肥微生物的种子可能使边缘土地上的农业发展

研究人员已经使用了从普通蚕茧中提取的蚕丝（如此处所示），并与细菌和营养物质混合，制成了种子涂层，可以帮助它们发芽甚至在盐渍土中生长。

麻省理工学院的一项新研究显示，为种子提供保护性涂层，该涂层还为发芽植物提供必需的营养素，从而有可能在原本没有生产力的土壤中种植农作物。

一支工程师团队在种子上涂上了丝，然后用一种自然产生氮肥的细菌进行处理，以帮助发芽植物发育。测试表明，这些种子可以在太咸的土壤中成功生长，以至于未经处理的种子无法正常生长。研究人员希望这一过程可以廉价地应用，而无需专门的设备，可以为现在被认为不适合农业的土地开辟土地。

这项发现将在本周的PNAS期刊上发表，该论文由研究生Augustine Zvinavashe ’16和Hui Sun，博士后Eugen Lim以及土木与环境工程教授Benedetto Marelli撰写。

这项工作源于Marelli先前的研究，该研究使用丝绸涂层作为一种方法来延长用作粮食作物的种子的保质期。他说：“当我对此进行一些研究时，偶然发现了可用于增加土壤养分含量的生物肥料。”这些肥料使用与某些植物共生的微生物，并将空气中的氮转化为易于被植物吸收的形式。

未经处理的种子（左）种植在相同的盐土锅中，大部分无法发芽，而被覆的种子（右）则正常发育。

他说，这不仅为植物提供了天然肥料，而且避免了与其他施肥方法相关的问题，他说：“氮肥的主要问题之一是它们对环境的影响很大，因为它们非常需要生产。”据Marelli称，这些人造肥料也可能对土壤质量产生负面影响。

尽管这些固氮细菌天然存在于世界各地的土壤中，在不同地区发现了不同的本地变种，但它们很难在自然土壤环境之外保存。但是丝绸可以保留生物材料，因此Marelli和他的团队决定尝试对这些固氮细菌（称为根瘤菌）进行尝试。

他说：“我们想到了将它们用于种子包衣的想法，一旦种子进入土壤中，它们就会复苏。”但是，初步测试结果并不理想。细菌未达到预期的保存水平。

那时Zvinavashe提出了向混合物中添加一种特殊营养素的想法，这种营养素是一种称为海藻糖的糖，一些生物体会在低水条件下生存。蚕丝，细菌和海藻糖都悬浮在水中，研究人员只需将种子浸泡在溶液中几秒钟即可产生均匀的涂层。然后，在麻省理工学院和摩洛哥本·古里尔的穆罕默德六世理工大学运营的研究机构对种子进行了测试。“这表明该技术非常有效，” Zvinavashe说。

Marelli说，在细菌不断肥料生产的帮助下，这种植物的健康状况比未经处理的种子要好，并且可以在目前无法农业生产的田地的土壤中成功生长。

研究人员说，在实践中，可以通过浸涂或喷涂将这种涂层施用于种子。两种方法都可以在正常的环境温度和压力下完成。Zvinavashe说：“该过程快速，容易，并且可能是可扩展的”，以允许较大的农场和不熟练的种植者使用它。“可以将种子简单地浸涂几秒钟，”产生的涂层只有几微米厚。

他们使用的普通蚕丝“是水溶性的，因此一旦暴露在土壤中，细菌就会被释放出来，”马瑞利说。但是，涂层仍然提供了足够的保护和养分，使种子在土壤中发芽，而盐度通常会阻止其正常生长。他说：“我们确实看到植物在土壤中生长，否则什么也不会生长。”

这些根际细菌通常为豆类作物（如普通豆和鹰嘴豆）提供肥料，这些是迄今为止的研究重点，但也有可能使其适应其他种类的作物，这也是其中的一部分。团队正在进行的研究。他说：“大力推广将根瘤菌的使用范围扩大到非豆类作物。”他说，实现这一目标的一种方法可能是修饰细菌，植物或两者的DNA，但这可能不是必需的。

他说：“我们的方法几乎与植物和细菌的种类无关，”“稳定，封装和将[细菌]运送到土壤，使其对其他种类的发芽变得更加有益”可能是可行的。植物。

即使仅限于豆类作物，该方法仍可对盐渍土壤面积较大的地区产生重大影响。Marelli说：“基于我们在摩洛哥的合作所带来的兴奋，这可能会产生很大的影响。”

下一步，研究人员正在研究开发新的涂层，这种涂层不仅可以保护种子免受盐渍土壤的侵害，而且可以利用从土壤中吸收水分的涂层使种子更耐干旱。同时，明年他们将开始在摩洛哥的开放实验田中进行试验播种；他们以前的播种工作是在室内进行的，条件更严格。

这项研究得到了穆罕默德六世理工大学的麻省理工学院研究计划，海军研究办公室和研究生院院长办公室的支持。