现代农业提高农作物资源获取效率的目标取决于根系与土壤之间的复杂关系。根和根际性状在营养和水的有效使用中起着至关重要的作用,尤其是在动态环境下。本综述强调了一种整体观点,挑战了养分和水吸收过程的常规分离以及综合方法的必要性。预期气候变化引起的极端天气事件的可能性增加,导致土壤水分和养分的供应性爆发,探索了根和根际性状的适应性潜力,以减轻压力。我们强调了根和根际特征的重要性,这些特征使农作物能够快速响应不同的资源可用性(即根区域中水和移动营养物质的存在)及其可及性(即将资源传输到根表面的可能性)。这些特征包括根毛,粘液和细胞外聚合物物质(EPS)渗出,Rhizosheath形成以及营养和水转运蛋白的表达。此外,我们认识到平衡碳投资的挑战,尤其是在压力下,优化特征必须考虑碳良好的策略。为了促进我们的理解,审查要求认识到受控环境的局限性精心设计的领域实验。非破坏性方法,例如微型根茎评估和原位稳定的同位素技术,并结合了诸如根部渗出分析的破坏性方法,用于评估根和根际性状。建模,实验和植物育种的整合对于开发能够适应不断发展的资源限制的弹性作物基因型至关重要。
微生物是驱动地球生物地球化学循环的齿轮。地球上微生物的代谢能力相当惊人,涵盖了广泛的能量产生途径。这种代谢多样性可能有助于减轻气候变化、污染物和其他环境损害对海洋和陆地生态系统的负面影响,这些损害已列入可持续发展目标 ( SDG )。传统的基于微生物的做法包括生物肥料、植物生长刺激剂和污染物降解剂,已经在使用中。然而,这些只是地球微生物未知的生化潜力的冰山一角。微生物对气候变化反应的生物学机制也在很大程度上是未知的。如果关键的生态系统服务(如养分循环和植物生长支持)无法再维持,微生物功能轨迹的新临界点可能会对环境产生有害影响。为了应对这些挑战,需要进行新的微生物学研究 1 。例如,可以利用微生物来降低大气中的二氧化碳 (CO 2 ) 和甲烷水平。可以利用土壤微生物将碳封存在矿物形式或死细胞生物质 (死物) 中。深根多年生草本植物可以提供将大气中的碳输送到土壤地下深处的载体,在那里碳可以作为根系分泌物被浸出,并作为栖息在根际的土壤微生物的基质。随后,土壤微生物还可以帮助将土壤碳保留在持久性有机物库中 2 。为了实现陆地生态系统的这些目标,需要进行更多的实验性田间操作。在海洋中,CO 2 通量比在陆地系统中更平衡。浮游植物吸收的大气碳大约与陆地上的碳一样多。
土壤 - 水相互作用:机制与应用,Shingo Iwata 和 Toshio Tabuchi 与 Benno P. Warkentin 合著 土壤分析:现代仪器技术,第二版,由 Keith A. Smith 编辑 土壤分析:物理方法,由 Keith A. Smith 和 Chris E. Mullins 编辑 大田作物的生长和矿物质营养,N. K. Fageria、V. C. Baligar 和 Charles Allan Jones 半干旱土地和沙漠:土壤资源与改良,由 J. Skuji òð 编辑 植物根系:隐藏的一半,由 Yoav Waisel、Amram Eshel 和 Uzi Kafkafi 编辑 植物生化调节剂,由 Harold W. Gausman 编辑 最大限度提高作物产量,N. K. Fageria 转基因植物:基础与应用,由 Andrew Hiatt 编辑 土壤微生物生态学:在农业和环境管理中的应用,由 F. Blaine Metting, Jr. 编辑土壤化学原理:第二版,Kim H. Tan 土壤中的水流,由 Tsuyoshi Miyazaki 编辑 植物与作物胁迫手册,由 Mohammad Pessarakli 编辑 大田作物的遗传改良,由 Gustavo A. Slafer 编辑 农业田间实验:设计和分析,Roger G. Petersen 环境土壤科学,Kim H. Tan 植物生长和提高生产力的机制:现代方法,由 Amarjit S. Basra 编辑 环境中的硒,由 W. T. Frankenberger, Jr. 和 Sally Benson 编辑 植物 - 环境的相互作用,由 Robert E. Wilkinson 编辑 植物与作物生理学手册,由 Mohammad Pessarakli 编辑
摘要 在现代农业系统中,农药使用是农田中最常见的做法,其中 2%–3% 的农药被使用,其余的残留在土壤和水中,造成环境污染并产生毒性 (WHO,1990。饮食、营养和慢性疾病预防,797 页)。农药残留物留在土壤表层,导致土壤-水环境毒性。绝大多数印度人口 (56.7%) 从事农业,因此接触到农业中使用的农药。此外,农药的微生物降解对现代农业及其环境影响至关重要。微生物几乎占据了地球上的每个栖息地,它们的活动在很大程度上决定了当今世界的环境条件。事实上,它们深度参与生物地球化学、金属沉淀、水净化和植物生长的维持,确保碳和氮等元素的循环利用。在土壤中,微生物与植物根部相互作用,根部是微生物活动的“热点”,微生物数量、微生物相互作用和基因交换增加。在植物根部,一个环绕植物根部并受植物根部影响的狭窄土壤区域称为根际,是大量微生物和无脊椎动物的家园,被认为是地球上最具活力的界面之一。根际微生物组取决于植物基因型、根系分泌物和环境。因此,研究受农药污染和未受农药污染的根际微生物群落表达情况,对于探究微生物在各自生态位中发挥的不同作用以及确定微生物遗传潜力在农药生物修复中的生物技术应用至关重要,包括但不限于:制药、诊断、废物处理和可再生能源发电。
胞外自身 DNA (esDNA) 抑制生长的能力正受到越来越多的研究关注,因为这可用于多种目的,包括开发特定的生物除草剂。虽然已经对几种双子叶植物的抑制作用进行了研究,但是对其在单子叶植物中的作用和随后的信号传导过程知之甚少。在本文中,我们测量了水稻 (Oryza sativa L.) 的生长情况,计算了侧根和冠根的数量,确定了绿度指数,量化了 O 2 .- 和 H 2 O 2 的产生,并确定了编码抗氧化酶 (SOD s 和 CAT s) 基因的表达,水稻是单子叶植物的模型植物。发芽 7 天后,水稻根系暴露于 0、75 和 150 µg cm -3 的 esDNA。结果发现,抑制作用与 esDNA 浓度呈负相关,这可以通过主根的长度来判断。有趣的是,这种负面影响只在直接暴露的器官(根部)中观察到,而在整个幼苗的芽长或鲜重中没有观察到。不同处理组的叶片绿度指数百分比和冠根和侧根数量也相似。然而,esDNA 暴露于根部会增加根部 O 2 .- 和 H 2 O 2 的产生。在分子水平上,这种反应的特点是抗氧化基因 SOD 3、CAT B 和 CAT C 表达减少。这些发现表明 esDNA 会局部抑制水稻生长,例如在经过处理的根部,这种反应包括增加 ROS 的产生和抑制抗氧化剂。这项研究可以作为确定浓度和暴露时间组合的基础,以显著抑制单子叶杂草的总生长,同时将对作物的影响降至最低。
Glycyrrhizin是一种三萜皂苷,是Medicinal Plant Licorice(Glycyrrhiza Uralensis,G。Glabra和G. glabra和G. forfata)中包含的一种主要活性成分,并且在全球范围内用于多样化的应用程序,例如Herbal Medicines和Seeltbal MediceSealsens和Seeltealsealseperines。对甘草的需求不断增长,威胁着野生资源,因此需要一种可疑的供应糖依氏素的方法。目的是建立一种不取决于野生植物的替代性糖素供应方法,我们试图使用毛茸茸的根培养产生糖依氏菌素。我们试图通过使用基于CRISPR/CAS9的基因编辑来阻止竞争途径来促进糖素的产生。CYP93E3 CYP72A566双敲击(KO)和CYP93E3 CYP72A566 CYP716A179 LUS1四倍体-KO变体,并在两种类型的毛毛根中都证实了大量的糖酰藻蛋白。此外,我们评估了通过同时CYP93E3 CYP72A566 Double -KO和CYP88D6 -Over Exprespression促进进一步的糖素产生的潜力。这种策略在双ko/ cyp88d6-offertexpression中的糖素积累中增加了3倍(〜1.4 mg/ g),与双旋毛根相比,平均生成的毛状根部增加了3倍。这些发现表明,封闭途径的结合和生物合成基因的过表达对于增强G. uralensis毛状根部的糖依氏菌素产生至关重要。我们的发现为使用毛茸茸的根系构成可持续性糖素的生产奠定了基础。鉴于基因组编辑技术在多毛根中的广泛使用,这种结合与基因敲除和过表达相结合,可以广泛应用于各种植物根中包含的有价值物质的生产。
casuarina equisetifolia(C。equisetifolia)是一种经济上重要的森林树种,通常在连续的单一养殖中作为沿海保护森林种植。持续种植逐渐影响了增长,并严重限制了C. eetetifolia行业的可持续发展。在这项研究中,我们分析了连续种植对埃母叶梭菌生长的影响,并从元基因组的角度探索了根际土壤微生态机制。结果表明,连续种植导致矮小,较短的根长度和降低的Equisetifolia幼苗根系。宏基因组学分析表明,有10种关键特征微生物,主要是actinoallomurus,actinomadura和分枝杆菌,负责连续种植的Equisetetifolia树木。定量分析表明,随着连续种植的增加,这三个属中的微生物数量显着减少。基因功能分析表明,连续种植导致环境信息处理 - 特征性微生物的信号转导能力减弱,并减少了雌雄同体的雌树叶面。降低了代谢,遗传信息加工恢复和修复的能力,导致微生物的传播减少并减少了雌树梭状芽孢杆菌的根际土壤中的微生物量。这些降低的能力进一步导致土壤微生物量减少,微生物碳和氮,微生物呼吸强度,土壤酶养分循环减少和其次,氨基酸代谢,碳水化合物代谢,聚糖生物合成和代谢,脂质代谢,辅助因子和维生素的代谢均大大降低,从而降低了土壤和代理碳和奈特罗的能力的降低。
安得拉邦贡土尔阿查里亚 NG 兰加农业大学 Maruteru 区域农业研究站 (RARS) 开发了一种超级水稻品种 Swarna。Swarna 是一种采用谱系育种法开发的籼稻品种。该品种源自 Vasista 和 Mahsuri 的杂交,全球种植面积近 500 万公顷(Merugumala 等人,2019 年)。该植物为半矮生,直立株型,穗型发达,株高 90-110 厘米,每平方米 250-260 个穗,叶子深绿色,成熟期为 145-150 天。该品种无芒,尖穗呈黄色,容重为 21.5 克。籽粒长 5 毫米,宽 2.46 毫米。 Swarna 的白色谷粒的脱壳、碾磨和整精米回收率分别为 78%、68% 和 65%。该品种的碱扩散值为 4,直链淀粉含量为 24.5%。该品种的一个重要表型标记是壳,颜色为金黄色。谷粒偶尔出现白垩质。该品种的平均产量为 5.5 吨/公顷。该品种抗细菌性叶枯病 (BLB)。然而,它具有中等抗倒伏性、中等早期幼苗活力、中等根系结构和高氮磷利用效率。该品种的谷粒短而粗,直链淀粉含量中等。由于该品种在低投入管理下具有高产量,农民广泛采用该品种。Swarna 水稻品种通常在雨养和灌溉条件下种植。该品种在不同环境下表现出更高的缓冲能力(Mohapatra 等人,2021 年)。
虽然申请人想砍掉 3 棵 F 级树,但剩下的树怎么办呢?不管这家公司是否愿意承认,所有这些树都是活的,保护着我们的岛屿和家园。查尔斯顿一开始就存在严重的洪水问题,谢天谢地,丹尼尔岛没有,但如果我们继续让这些公司进来开发更多的树木,丹尼尔岛每次涨潮都会被淹没。无论树木的评级如何,它们都会吸收水分。即使树木“被评为 F 级”,它们也会为其他植物提供一个生物群落,无论你是否意识到这一点,它们都会保护我们的社区。这些树木通过调节太阳、雨水和风的影响来控制我们的气候。树叶吸收和过滤太阳的辐射能,在夏天保持凉爽,这就是为什么这里经常比市中心凉爽的原因。你砍掉树木会伤害我们更多。重新种植树木虽然是一种善意的举动,但并不能起到同样的作用。天然森林比花盆里的树更能保护社区。树木还可以降低气温,并通过保持低水平的二氧化碳来降低温室效应的热强度。无论是地上还是地下,树木对于其所处的生态系统都至关重要。深根的根系将土壤固定在原处并抵抗侵蚀。树木吸收和储存雨水,从而减少暴风雨后的径流和沉积物沉积。这有助于地下水补给,防止化学物质进入溪流,并防止洪水泛滥。倒下的忘川草是极好的堆肥,可以丰富土壤。我还希望,如果我们要对树木进行分级,社区可以请自己的分级员,不仅要评估树木的健康状况,还要指出移除树木将对社区造成哪些伤害。分级员是公司雇佣的,可能会有非常偏见的意见。建筑公司不会
我的主要研究兴趣是了解土壤微生物群落在人工和自然生态系统中碳和营养物质的生物地球化学循环中的作用。我的主要重点是了解不同的气候变化因素如何影响土壤微生物的活动和功能,以及这种影响如何反馈到全球变暖。我早期的工作(博士)重点研究干旱对碳循环的影响。2017 年,我以博士后研究员的身份加入了维也纳大学(奥地利)微生物学和生态系统科学系 Andreas Richter 教授的团队。在这里,我领导了一个小组开展一项国际气候变化实验(名为“ClimGrass”)的研究,该实验研究了二氧化碳升高、变暖和干旱对土壤微生物群落的共同影响及其对人工山地草原生物地球化学碳和氮循环的作用。我取得了多项突破,包括开发了一种研究土壤微生物生长的新应用。我曾从经验和理论上研究过植物与微生物的相互作用。 2019 年,我发表了一篇评论文章,该文章很快成为植物根系分泌物领域引用次数最高的论文之一(引用次数超过 500 次)。随后,我成功获得了日本学术振兴会颁发的 JSPS 奖学金,以开展自己的项目。该奖项是根据项目提案的竞争性选拔而颁发的(2020 年的成功率为 10.8%)。2022 年,我回到维也纳,担任微生物学和环境系统科学中心的大学助理。2023 年,我获得了 ERC 启动基金,资助了一个名为 EcoMEMO 的项目,并从 2024 年 10 月起担任博洛尼亚大学副教授。
