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国际原子能机构用同位素技术拯救受干旱胁迫的香蕉作物

2022-02-22 22:06     来源:IAEA     FAO 核技术 稳定同位素

无论您喜欢略带绿色或斑点的香蕉,它们大多生长在热带和亚热带地区,植物需要温暖潮湿的气候才能茁壮成长。这就是他们生产供养世界的产量的方式。然而,由于降雨模式的变化和气温升高,香蕉和其他植物越来越多地遭受干旱压力——植物根部缺水,导致收成减少。

国际原子能机构和联合国粮食及农业组织 (FAO) 的科学家以及奥地利和比利时大学的同事本月发表的一项研究,强调了在坦桑尼亚阿鲁沙利用核技术发现和评估香蕉植物的干旱压力的方法。这些方法侧重于确定压力的程度,这至关重要,因为它使农民能够采取预防和保护措施。

粮农组织/国际原子能机构粮食和农业核技术联合中心土壤和水管理及作物营养实验室负责人 Gerd Dercon 说:“这项研究的目的是为这种尚未充分开发的热带多年生作物提供一些启示。 ” “对于像香蕉这样生长数年的多年生作物,稳定同位素技术的使用还没有得到充分和适当的发展,使这项研究成为首批提供实用工具的研究之一,甚至为农民提供实用工具,而不仅仅是为科学家提供。 ”

科学家们探索了使用稳定的碳同位素(见科学专栏)和叶温作为香蕉植物干旱胁迫的潜在指标。对其他植物的研究表明,稳定的碳同位素和叶片温度可用于测量干旱胁迫,但这两种技术均未用于香蕉植物。香蕉是一种研究不足的作物,原因包括其体积大、生长期长、所有植物即使具有相同基因但生长方式不同的异质生长模式以及无性繁殖模式等复杂性。目前,还没有实用的方法来检测田间香蕉的干旱胁迫。

然而,该研究发现,稳定碳同位素和叶片温度都是香蕉干旱胁迫的高度敏感指标,基于这些结果,研究人员开发了低成本的香蕉定制方法,因此适用于田间条件。

“我们开发的方法可用于测试干旱压力水平并比较不同的水资源管理策略,”国际原子能机构/粮农组织博士研究员、该研究的主要作者 Mathilde Vantyghem 说。“通过这种方法,当地研究机构可以进行快速测试,并最终为农民制定应对干旱压力的指南。”

该研究是比利时政府通过国际原子能机构和平利用倡议 (PUI)资助的持续项目的一部分。2022 年,其重点将是在乞力马扎罗山的山坡上推广这些方法,以识别干旱压力的早期迹象并采取保护措施。

“该项目的开发和实施方式非常有趣:通过几所比利时大学的参与,它结合了比利时的专业知识和研究,以及坦桑尼亚和其他非洲国家在该领域的专业知识,”该代表团副团长 Caroline Mouchart 说比利时常驻维也纳联合国和国际组织代表团。“香蕉的所有形式和品种,对于许多国家来说都是非常重要的产品,既是基本食品,也是出口产品。我们希望该项目的成果将使许多国家受益,并将有助于全球努力促进有弹性的农业实践,更好地适应气候变化。”

根据研究结果,通过国际原子能机构的技术合作计划,将向研究人员和农民中介机构提供有关如何使用这些技术来识别干旱胁迫的早期迹象并改进其香蕉种植农艺实践的培训。

科学知识

所有植物都会吸收二氧化碳(CO 2),然后在水和光的帮助下通过光合作用产生糖分。CO 2由一个碳原子和两个氧原子组成。世界上大多数碳原子有 12 个中子(12 C),但百分之半的碳有 13 个中子(13 C),略重一些。因此, 13 C 和12 C 是碳的两种不同形式,被称为碳的稳定同位素。

当植物从空气中吸收CO 2时,它们会区分13 C的CO 2。由于重量较重,13 C的CO 2比12 C的CO 2被植物吸收的速度更慢。因此,植物更喜欢12 C。

当干旱胁迫发生时,植物会关闭它们的气孔——叶子上的小开口,它们通过它从大气中吸收二氧化碳——因为它们不想失去已经积累的水分。由于现在关闭的气孔不能吸收更多的 CO 2,​​因此植物的选择性会降低,并将使用任何已经被摄入的 CO 2 进行光合作用,包括具有13 C原子的 CO 2 。这意味着,当稍后分析植物叶片中13 C 的含量时,可以检测植物是否受到胁迫:如果植物 A 有更多13C 在其叶片中比植物 B,植物 A 的压力更大。这就是使用稳定碳同位素作为干旱胁迫指标的原理。

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