我們應該根據(jù)它們的根構(gòu)造培育新的作物品種，而不是只關(guān)注植物的上半部分，據(jù)科學家們研究如何種植更有效地利用水的植物并更好地抵御干旱條件。今年夏天，黃色，炎熱的田野在歐洲很常見。嚴重干旱2018造成了損害小麥，玉米和大麥作物，與許多歐盟國家的收成下降。氣候科學家預測，未來幾年歐洲作物將受到更頻繁和極端高溫的影響。

熱應激和最明顯的跡象水短缺是出現(xiàn)在葉，但植物科學家已開始尋找“隱藏的一半”的解決方案-根。

英國諾丁漢大學植物科學教授馬爾科姆·貝內(nèi)特說：“你可以說，在過去的一萬年里，我們根據(jù)上半部分選擇了作物品種，并沒有把重點放在作物隱藏的部分上。” 。“如果我們能夠根據(jù)根系結(jié)構(gòu)選擇新的作物品種，我們就可以顯著提高其捕撈水的能力。”

根從土壤中吸收水分和養(yǎng)分，并為植物儲存食物。更深的谷類作物可以從地下吸收更多的水，或者密集的淺根可能更好地捕獲聚集在地表的磷等營養(yǎng)物質(zhì)。

植物可以具有與地上部分相似的根生物量 - 挑戰(zhàn)是如何看待生根以分析它們。

Bennett教授找到了解決方案。他現(xiàn)在使用X射線微型計算機斷層掃描(微型CT)掃描在土壤中生長的根，這是醫(yī)生常規(guī)用于查看患者內(nèi)部的相同技術(shù)。然而，他的機器是一個龐然大物，比典型的醫(yī)療掃描儀大三到四倍，在歐洲生命科學中也是獨一無二的。

它是如此之大，以至于建造了一座新建筑 - 豪恩斯菲爾德設施(Hounsfield Facility)，以容納巨型掃描儀，該掃描儀裝在20噸鉛中。重型起重機器人將其安裝在特別加固的地板上。“掃描儀(這種尺寸)通常用于汽車和航空航天工業(yè)，用于掃描發(fā)動機和機翼部件的故障，”Bennett教授解釋說。“我們允許我們(成)生活的根源。”

研究人員在一米高的PVC塑料管中種植小麥，然后在整個生命周期中對其根部進行成像。拍攝了超過8,000個X射線照片，并且計算機算法將這些部分拼接在一起，以創(chuàng)建在單個時間點在土壤中生長的根的三維圖像。由于植物能夠承受比人類更多的X射線能量，因此分辨率更高，甚至可以顯示最薄的根毛?？梢灾貜蛼呙枰詫Ω纳L進行成像。

口渴

通過一個名為FUTUREROOTS的項目，Bennett教授的小組已經(jīng)掃描了數(shù)百種小麥，看看它們對口渴的反應。他們比較了那些使用有限水的優(yōu)秀水和那些窮水的水。

“我們注意到一些令人著迷的事情。貝內(nèi)特教授說，當你施加干旱脅迫時，使用水效率最高的植物改變了根系的角度。“更加陡峭的生根角度讓他們能夠?qū)ふ腋顚拥乃础?rdquo;

在美國和中國的合作者中，Bennett教授最近發(fā)現(xiàn)了控制玉米和水稻根角的主基因。

這可能聽起來微不足道，但對食品生產(chǎn)來說非常重要。例如，在英國，大多數(shù)谷物如小麥都生長在該國東部，今年夏天雨水減少，水資源短缺。

“為了保持小麥產(chǎn)量(在英國)，我們需要新的品種，其根系至少增加半米，”Bennett教授解釋說。歐洲其他地區(qū)同樣關(guān)注水資源短缺及其對作物的影響。

種植較好根系的作物也可以降低農(nóng)民施用的氮肥量。氮氣價格昂貴，過量的氮氣流失并污染河流和湖泊，因此改善根系可以降低農(nóng)民的成本，同時有助于環(huán)境保護。雙贏。

“我們可以優(yōu)化作物根系，以更有效地吸收養(yǎng)分，例如選擇更深的生根品種，以便在土壤深入土壤時捕獲氮，”Bennett教授說。“根據(jù)根系結(jié)構(gòu)選擇新品種的想法正在獲得育種公司和研究人員的支持。”

研究雜草的根源還可以深入了解如何培育更具彈性的作物。法國的植物科學家最近仔細研究了一種名為擬南芥(Arabidopsis)的小雜草，俗稱擬南芥(Thale cress)，以更好地了解根系最佳利用稀缺水的方式。擬南芥是研究中最受歡迎的植物，是植物世界中的一種實驗室小鼠，他們的項目DROUGHTROOT研究了根系結(jié)構(gòu)，植物激素和稱為水通道蛋白的細胞中的特殊水通道蛋白。

這位蒙彼利埃的科學家發(fā)現(xiàn)，由于缺水，植物有A計劃和B計劃。“一個策略是增加根系并更好地吸收水分，但在嚴重干旱的情況下，植物采取另一種策略。國家科學研究中心(CNRS)的植物科學家Christophe Maurel博士解釋說，它下調(diào)其根系液壓系統(tǒng)，并試圖保護自己免受脫水。這項研究由Maurel博士準備出版手稿，出土的基因，蛋白質(zhì)和激素，有助于植物對干旱的反應。

干旱

Maurel博士現(xiàn)在從實驗室雜草中吸取這些教訓，并將它們應用于主要作物 - 玉米。玉米是歐洲經(jīng)濟上重要的作物，特別是在法國，意大利北部，德國和東歐種植。它可能在歐洲容易受到干旱的影響，因為它在夏季開花，而不像小麥，它開花得更早。

在一個名為HyArchi的項目中，Maurel博士正在研究這種作物的根系及其對干旱的反應背后的基因，他希望該項目能夠提供有助于作物育種者開發(fā)更適合特定干旱條件的植物或品種的知識。區(qū)域。

“我們已經(jīng)能夠衡量不同玉米品種的表現(xiàn)。我們看到一些不同的差異，我們看到根系水力學中的遺傳變異性。Maurel博士說，這很重要，讓我樂觀地認為我們可以利用其遺傳學(培育新品種)。

9月，該小組報告說，他們在擬南芥中發(fā)現(xiàn)了一個主基因，參與制造在根內(nèi)運輸水的容器。調(diào)整這個基因增加了血管的數(shù)量。這對干旱條件來說可能是個好消息。但有一個問題。

“根尖處的血管越多，它們就越容易受到土壤細菌的侵襲，”Maurel博士說，這意味著在更好的抗旱能力和易受感染之間存在權(quán)衡。

Maurel博士指出，這種基礎研究需要長期觀點。他說，我們可能不會在五年內(nèi)幫助飼養(yǎng)員，但可能需要10到20年。“無論如何，在10到20年后，我們將面臨更加嚴峻的干旱和氣候變化挑戰(zhàn)。”