【PNAS】只需种子表面涂一下，促进其发芽和抗盐胁迫！

人口增长、土壤退化和农药滥用是农业在未来几十年必须面对的重大挑战。而种子增强技术能使种子在退化的环境中发芽，减少种子发芽时间并提高作物产量，在粮食安全方面发挥关键作用。迄今为止，设计让植物能够适应不同环境并在存在非生物胁迫条件下发芽的方面，进行了巨大的努力。PNAS杂志在线发表了来自英国剑桥大学Benedetto Marelli课题组题为“A bioinspired approach to engineer seed microenvironment to boost germination and mitigate soil salinity”的研究论文。该研究发明一种生物材料，可以通过保存和输送促进植物生长根际细菌（PGPR）来修复种子的微环境，从而能够促进种子发芽并减轻土壤盐分胁迫。

土地退化，过多的淡水消耗以及农药的滥用导致农业生产效率低下，而气候模式的变化和跨界病虫害的传播则要求作物迅速适应非生物和生物胁迫。种子是具有最高附加值的农产品，不仅是食物的来源，而且是农业实践中最重要的资源。幼苗发芽不理想和死亡的原因很多，包括疾病，害虫, 过度使用肥料，播种深度不当，渗透压，霜冻和干旱。在过去的几年中，出现了种子增强技术，通过暴露于特定的条件提高种子的性能。但是，主要集中在研究用于促进种子发芽的土壤特性和种子类型上，而不是在用于封装和输送有效载荷的材料上。

这项研究中，研究者开发了一种基于生物材料的方法来设计了种子涂层。该材料来自家蚕茧S分子和海藻糖混合而设计了一种生物材料。该制剂可协同利用S的有效载荷封装，保存和生物降解能力，以及海藻糖能够保护根际细菌免受渗透压和干燥应力的侵害。研究表明可以将混合物与PGPR混合并施用于种子表面（如下图），以改良目前用于种子包衣的技术，例如浸涂或喷雾干燥。

成功地将PGPR封装在种皮中被认为是将生物肥料的有益效果从试验台转移到田间的关键步骤。该研究表明，在该涂层材料里的PGPR能够很好的存活（如下图）。研究进一步表明，该生物涂层薄膜在接触土壤水分后，10分钟内失去了结构完整性，并且几分钟后细菌就在土中被释放出来。

进一步，研究将普通百日草种子浸入包有根瘤菌菌株CIAT 899的ST材料（1：3）浸涂，干燥，并在种植前保存24小时。研究发现包被CIAT 899的种子在4-ds和8-ds / m的土壤中发芽率具有统计学上的显着提高。此外，在高盐的土壤中，CIAT 899-ST（1：3）涂层在促进种子发芽和产生更强幼苗方面的有效性更加明显。

综上所述，该研究开发了一种生物材料配方，能够用生物肥料精确覆盖种子并将其释放到土壤中，以促进种子发芽和减轻土壤盐分胁迫。本文中使用的根瘤菌菌株在生物材料涂层中存活下来，并随时间保存，并成功释放到土壤中，与宿主根形成共生结节。此外，ST包衣的种子产生的植物在盐碱土存在下生长更快，更强壮。

论文链接：https://www.pnas.org/content/early/2019/11/26/1915902116

转自：“iPlants”微信公众号

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