マサチューセッツ工科大学 (MIT) の研究者は、重要な発芽期に種子を水不足のストレスから保護し、植物に余分な栄養を与える方法を考案しました.
Credit:Felice Frankel
新しい種子被覆プロセスは、種子が利用可能な水分を保持できるようにすることで、限界乾燥地での農業を促進する可能性があります。
世界が温暖化を続ける中、すでに農業に限界的な条件を備えている多くの乾燥地域は、ますますストレスにさらされ、深刻な食糧不足につながる可能性があります.現在、MIT の研究者は、重要な発芽段階で水不足のストレスから種子を保護し、同時に植物に余分な栄養を与える有望なプロセスを考え出しました.
モロッコの研究者と協力して継続的なテストを受けているこのプロセスは、単純で安価であり、乾燥地域に広く展開できる可能性があると研究者は述べています。調査結果はジャーナル Nature Food で報告されています 、土木および環境工学の MIT 教授 Benedetto Marelli、MIT 博士課程の学生 Augustine Zvinavashe '16、および MIT とモロッコの King Mohammed VI Polytechnic University の他の 8 人の論文で。
チームが開発した 2 層コーティングは、さまざまな利点を与える種子コーティングの開発におけるマレリと彼の共同研究者による長年の研究の直接的な成果です。以前のバージョンでは種子が土壌中の高塩分に耐えることができましたが、新しいバージョンは水不足への取り組みを目的としています.
「干ばつ対策に特化したコーティングを作りたかったのです」と Marelli 氏は説明します。 「気候変動が地中海地域の流域に影響を与えるという明確な証拠があるため、利用可能な水が少なくなる気候パターンの変化を緩和するのに役立つ新しい技術を開発する必要があります農業に」
新しいコーティングは、チアやバジルなどの一部の種子に生じる天然のコーティングからインスピレーションを得て、種子が乾燥するのを防ぐように設計されています。ジェル状のコーティングで水分をしっかりと受け止め、種子を包み込みます。
コーティングの 2 番目の内側の層には、根粒菌と呼ばれる保存された微生物と、それらの成長を助ける栄養素が含まれています。土壌と水にさらされると、微生物は窒素を土壌に固定し、成長している苗木に栄養価の高い肥料を提供して成長を助けます.
「私たちのアイデアは、種子コーティングに複数の機能を提供することでした」とマレリは言います。これは、私たちの種子コーティングの真の付加価値です。なぜなら、これらは植物に窒素を固定できる自己複製微生物であるため、提供される窒素ベースの肥料の量を減らし、土壌を豊かにすることができるからです.」
モロッコのテスト ファームの土壌を使用した初期のテストでは有望な結果が得られたと研究者は述べており、現在、種子のフィールド テストが進行中です。
最終的に、さらなるテストを通じてコーティングの価値が証明されれば、コーティングは十分に単純であり、発展途上国の遠隔地であっても、局所レベルで適用できます。 「ローカルで行うことができます」と Zvinavashe 氏は言います。 「これは、これを設計しているときに考えていたことの 1 つです。最初の層をディップ コートし、次に 2 番目の層をスプレーします。これらは、農家が自分でできる非常に単純なプロセスです。」ただし、一般的には、窒素固定細菌をより簡単に保存および安定化できる施設で、中央でコーティングを行う方が経済的であると Zvinavashe は述べています。
コーティングに必要な材料は容易に入手でき、すでに食品業界でよく使用されているとマレリ氏は言います。材料は完全に生分解性でもあり、化合物自体の一部は実際に食品廃棄物に由来する可能性があり、最終的には廃棄物を継続的にリサイクルする閉ループ システムの可能性を実現します。
このプロセスにより、種子自体のコストがわずかに増加しますが、マレリ氏によると、水と肥料の必要性が減るため、節約にもつながる可能性があります。費用と便益の正味のバランスは、さらなる調査を通じて決定される必要があります.
一般的な豆を使用した初期のテストでは、根の質量、茎の高さ、クロロフィルの含有量、その他の測定基準を含むさまざまな指標によって有望な結果が示されましたが、チームはまだ新しいコーティングを使用して種子から完全な作物を栽培していません。収穫は、その価値の究極のテストとなります。乾燥した条件下で収穫量が改善されると仮定すると、次のステップは、研究を他のさまざまな重要な作物種子に拡張することであると研究者は述べています.
「このシステムは非常にシンプルなので、どんな種子にも適用できます」と Marelli 氏は言います。 「そして、さまざまな気候パターンに対応するように種子コーティングを設計することができます。」特定の生育期に予測される降雨量に合わせてコーティングを調整することさえ可能かもしれない、と彼は言います.
「これは非常に重要な研究です」と、コネチカット農業試験所の所長でイェール大学の疫学教授である Jason C. White 氏は述べていますが、彼はこの研究には関与していません。 「今後数十年間、世界の食糧安全保障を維持することは、私たちが種として直面する最も重要な課題の 1 つになるでしょう。 … このアプローチは、その取り組みにおける重要なツールの説明に適合します。持続可能で、即応性があり、効果的です。」
ホワイト氏は、「種子コーティング技術は新しいものではありませんが、ほとんどすべての既存のアプローチには汎用性や応答性が欠けています」と述べています。彼によると、新しい研究は「斬新で革新的」であり、「さまざまな生物的および非生物的ストレッサーに対する耐性を媒介する応答性種子コーティングの新しい道を実際に開いています。」
参照:「種子コーティング機能のプログラム可能な設計により、半乾燥地域での水ストレス耐性が誘導される」Augustine T. Zvinavashe、Julie Laurent、Manal Mhada、Hui Sun、Henri Manu Effa Fouda、Doyoon Kim、Salma Mouhib、Lamfeddal Kouisni、および Benedetto 著Marelli、2021 年 7 月 8 日、Nature Food .
DOI:10.1038/s43016-021-00315-8
チームには、ジュリー ローラン、サルマ モウヒブ、フイ スン、アンリ マヌ エファ フーダ、ドユン キム、マナル マダ、ラムフェダル クイスニが含まれ、MIT とモロッコのベン ゲリルにあるキング モハンマド 6 世工科大学に所属していました。この作業は、OCP S.A.、ムハンマド 6 世工科大学 – MIT 研究プログラム、米国海軍研究局、国立科学財団、MIT ポール M. クック キャリア開発教授制度によって部分的に支援されました。
