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圣路易斯华盛顿大学新闻

赖斯,了解你的敌人:国家科学基金会拨款260万美元研究杂草入侵者

许多农民与看似朋友的敌人作斗争。与作物亲缘关系密切的农业杂草对农民来说是一个特别的挑战,因为它们与理想的杂草物种在物理上的相似性使它们很难被发现和根除。在这个过程中,模仿者为了水、营养和空间与农作物竞争——这常常会降低农作物的产量。

世界上排名前十的农作物中有一半以上都被某种杂草模仿者所遮蔽。杂草稻(Oryza sativa)是其中的主要品种。美国国家科学基金会(NSF)刚刚向华盛顿大学圣路易斯分校的植物进化生物学家领导的一个研究小组提供了260万美元的资金,以便研究人员能够确定是什么使杂草水稻成为如此强大的竞争对手。

Kenneth M. Olsen奥尔森

艺术生物学教授Kenneth M. Olsen说:“农田里的杂草是限制美国和全球农业生产力的主要因素。”华盛顿大学的科学家和新奖项的首席研究员。“在杂草水稻的例子中,杂草基本上是驯化了的野生水稻。

奥尔森说:“在我看来,杂草大米最突出的一点就是它是一个非常有侵略性的竞争者。”“每平方米种植几株这种杂草丛生的植物会大大降低作物的产量。如果稻田里长满了这些杂草,就会减少80%或更多的产量。”

仅在美国,杂草水稻每年的成本就超过4500万美元。

US Map三个主要的水稻种植区是阿肯色州和密西西比州的密西西比三角洲地区、得克萨斯州和路易斯安那州的沿海地区以及加利福尼亚州的萨克拉门托河三角洲地区。(图片来源:美国农业部)

国家科学基金会的新资金将支持研究,以确定杂草水稻入侵稻田、减少产量和污染收成的性状的遗传基础和起源。该团队包括来自马萨诸塞大学、美国农业部戴尔邦珀斯国家水稻研究中心和唐纳德丹福斯植物科学中心的研究人员。

研究人员将描述杂草水稻生长和繁殖的三个主要特征。

首先,他们将研究根系生长的模式,使杂草在土壤养分方面超过水稻。先前在团队成员中进行的研究有助于揭示杂草水稻是如何反复进化出“骗子”根系特征的。科学家们使用了新的成像技术,包括唐纳德·丹福斯植物科学中心的克里斯托弗·托普(Christopher Topp)开发的一种3D光学断层成像方法,在植物根部生长的同时向地下窥视。

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以前这项技术的应用仅限于追踪单个植物的生长,而不是水稻与其杂草邻居之间无声的地下斗争。这项新研究将对参赛者的特写镜头进行逐一调查。

奥尔森说:“这样我们就可以在更现实的生物学环境中看到,这些根的形态是如何在杂草的竞争战略中发挥作用的。”

这项新的资助还将探索种子扩散机制的遗传和发育基础,使这种杂草能够在稻田中迅速入侵和繁殖。研究人员还将研究杂草稻对稻瘟病的不同恢复力,稻瘟病是一种常见的稻田真菌病。

这项研究工作还将包括为K-12科学教师提供培训机会,为包括聋哑学生在内的学生提供教育经历——聋哑学生是STEM职业中代表性不足的少数群体。

了解竞争力是如何演变的不仅对对付有害杂草很重要,而且因为这些知识可能有一天被用来改善水稻本身。

奥尔森说:“这项工作也可能对培育更有弹性的作物有用。”“当杂草具有这些竞争性特征时,我们并不喜欢它们。但是,如果我们能够利用我们所了解到的杂草水稻的一些知识来进行水稻育种,从这些信息中提高作物的生产力,那将是非常有价值的。”

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://source.wustl.edu/2020/03/rice-know-thy-enemy-nsf-grants-2-6m-to-study-weedy-invader/