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蚂蚁的“精准农业”为解决粮食安全问题提供新思路
信息来源:科技部 发布日期:2019-08-12 访问次数: 字号:[ ]

  大约12000年前,人类开始种植农作物。但蚂蚁在这方面已经做得相当久了。其中切叶蚁是最着名的昆虫种植者,它们根据切碎的植物物质“经营”真菌农场超过5000万年。然而蚂蚁“种植”开花植物的历史则比较短,始于300万年前的斐济群岛。

  近日,由英国牛津大学植物科学系Guillaume Chomicki博士领导的研究团队证实,数百万年的蚂蚁农业已经重塑了植物生理学。蚂蚁农夫将富氮的粪便直接沉积在植物中,从而促进了这些具有超强吸收能力植物结构的进化。这意味着,蚂蚁衍生的营养素主动靶向超吸收性位点,而不是作为副产物沉积。这一新的认识可能为我们争取粮食安全的斗争提供重要线索。该研究近日已发表在New Phytologist上。

  Chomicki博士说:“植物吸收氮的速度是限制植物生长速度的一个关键因素。大多数植物,包括我们的作物,从土壤中吸收氮,因此不会自然地暴露于氮浓度很高的环境中。然而,数百万年来,蚂蚁一直将富氮的粪便直接沉积在植物体内。后续的研究将解密这种超强吸收能力植物结构的遗传基础,这些成果最后很可能用于农作物,从而提升农作物的氮吸收能力。”

  这是一种独特的农业形式,蚂蚁不但为自己种植食物,还为自己找到栖息之地:植物为蚂蚁提供现成的洞穴居住环境。这种共生关系对于双方都是必要的。蚂蚁已经失去了大多数其他热带树木蚂蚁所具有的筑巢能力。生长在树表面的附生植物则依赖蚂蚁提供的营养素和防御能力得以生存。

  为了测试蚂蚁“种植”植物的营养是否发生变化,Chomicki对斐济群岛植物内部由蚂蚁提供的营养沉积物进行了追踪分析。在这些被蚂蚁“种植”的植物物种中,这些特殊的蚂蚁只会在植物壁上超吸收性疣的位置排泄。在生活在同一斐济热带雨林中密切相关的非养殖植物物种中,蚂蚁没有表现出这种农业行为。这项研究表明,类似的超吸收性疣已经在由农蚁定植的谱系中反复进化。

  由于“蚂蚁农夫”为它们的农作物提供营养,所以它们可能改变农作物的营养。对这种蚂蚁来说,它们自己和植物双方都会在进化过程中发生改变。

  该研究通讯作者、慕尼黑大学的Susanne S. Renner教授说:“蚂蚁对植物的驯化导致了对蚂蚁衍生氮的吸收增加了2倍以上,这种严格的养分循环是附生植物在无土运河中生活的关键能力。”

  这项发现证实了这样一种观点,即数百万年的蚂蚁农业已经改造了植物生理学,从作为副产物的蚂蚁衍生营养物转变为在超吸收性位点上有针对性的施肥。就像我们新兴的“精准农业”一样,计算机控制的设备和无人机被用来将营养物质定位到最需要它们的田地中。这些蚂蚁显然已经发展成为一种特殊的精准农业。它们将营养物质定位于植物中具有高吸附性的特异性组织。

  论文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.15855

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