Rodfund kan føre til afgrøder, der har brug for mindre gødning

Bønneplanter, der undertrykker sekundær rodvækst til fordel for at øge den primære rodvækst, fodrer større jordmængde for at erhverve fosfor, ifølge forskere fra Penn State, der siger, at deres nylige fund har konsekvenser for planteavlere og forbedrer afgrødeproduktivitet i næringsfattig jord. Stigningen i rodens længde kaldes primær vækst, mens sekundær vækst er stigningen i rodens tykkelse eller omkreds. Fordi rodvækst giver planten en metabolisk omkostning, bønneplanter, der vokser i fosforforarmet jord, der udsendes længere, tyndere rødder har en fordel ved at udforske en større mængde jord og erhverve mere fosfor.

"Som en naturlig strategi for planter til at håndtere fosforstress, det er en vinder, "sagde hovedforsker Christopher Strock, en plantebiologisk doktorand ved College of Agricultural Sciences. "Det er vigtigt, fordi de fleste jordarter i hele verden mangler fosfor, og rodtræk, der forbedrer fosforoptagelsen, kan ikke kun bidrage til at forbedre effektiviteten af ​​gødningsoptagelse for landmænd her i USA, men også gavn for landmænd i udviklingslande, der ikke har adgang til fosfatgødning. "

Forskere brugte den almindelige bønne som model for denne forskning, fordi den er en af ​​de mest fundamentale afgrøder, der bidrager til fødevaresikkerhed, med større volumen til direkte konsum end noget andet bælgfrugt. Det er især vigtigt i udviklingslandene i Afrika syd for Sahara og Central- og Sydamerika, hvor mennesker ikke har bred adgang til animalsk protein. I disse regioner, bønner er en primær kilde til protein og ernæring. På trods af betydningen af ​​denne afgrøde, udbytter i store dele af verden er begrænset af jordarter, der er sure og ekstremt udtømte i fosfat, et af de vigtigste næringsstoffer, som planter har brug for for at vokse.

"Hvis vi kan identificere rodtræk, der forbedrer fodringseffektiviteten, vi kan udvikle nye sorter, der har større evne til at optage fosfor, og har forbedret udbytter i disse miljøer, "Sagde Strock.

Ved gennemførelsen af ​​undersøgelsen som blev offentliggjort i denne måneds udgave af Plantefysiologi , forskere brugte computermodelleringsteknikker og voksede rekombinant, indavlede linjer af almindelig bønne for at forstå, hvordan planter allokerer ressourcer til primær og sekundær rodvækst under fosforstress. Planter blev dyrket under både drivhusforhold - på Penn State's University Park campus - og på udvalgte marker ved universitetets Russell E. Larson Agricultural Research Center i Rock Springs.

Normalt, Pennsylvania jord vil indeholde for meget fosfor til at give mulighed for feltforsøg med fosfor stress, men University Distinguished Professor of Plant Science Jonathan Lynchs forskningsgruppe udviklede en teknik til at oprette eksperimentelle parceller, der replikerer de fosforforarmede forhold i tropiske oxisoljord på Larson-anlægget. Dette blev opnået ved at tilføje lastbiler med aluminiumoxidpiller til markerne, som binder fosfor i jorden gør det utilgængeligt for planter.

Også unik for Lynch -laboratoriet er dets anvendelse af laserablationstomografi til sektion og måling af rodanatomi. Denne revolutionerende teknik, opfundet af Lynch lab, giver ikke kun mulighed for større præcision i observationer af rodanatomi, men giver også forskere mulighed for hurtigt at prøve hundredvis af rodprøver om dagen - en opgave, der ville kræve en upraktisk mængde arbejde og tid ved hjælp af traditionelle metoder.

Forskelle i bønne plantevækst observeret af forskere var slående. Ved behandling af fosforstress, genotyperne med større reduktion af deres sekundære rodvækst havde øget rodlængde, optog mere fosfor, og havde større skud end genotyper med større sekundær rodvækst. "Alle de genotyper, vi kiggede på, undertrykte deres sekundære rodvækst under fosforstress, men nogle viste dette svar meget stærkere end andre, "sagde Strock." Og dem, der undertrykte deres sekundære vækst mest, klarede sig bedre under fosforstress, fordi de var i stand til at tage de ressourcer, de ville bruge til sekundær vækst og øge rodlængden, til at foder mere fosfor. "

Lynch bemærkede, at hans forskningsgruppe samarbejder direkte med planteavlere ved det amerikanske landbrugsministerium og landbrugscentre i Columbia, Honduras, Mozambique, Zambia og Malawi. Opdrættere indarbejder i øjeblikket andre opdagelser fra hans laboratorium og frigiver flere nye bønnesorter med forbedrede rodtræk til fosforoptagelse til landmænd i Mozambique og Zambia.

"Vores mål i dette laboratorium er at identificere træk som reduceret sekundær rodvækst, som vi kan overføre til opdrættere, så de kan inkorporere dem i deres avlsprogrammer, "Lynch sagde." I samarbejde med vores avlspartnere, der kan udvikles sorter af almindelige bønner, der har reduceret sekundær rodvækst og derfor bedre udbytte i fattige jordarter, hvilket vil være en kæmpe fordel for småbønder, der stoler på bønner til mad og indkomst. "