eLife：玉米根部的化学物质影响小麦产量

　　玉米根系分泌的某些化学物质会影响土壤质量。在一些田地里，这种效应使同一块土地上继玉米之后种植的小麦产量增加了4%以上。伯尔尼大学的研究人员证实了这一点。虽然几个田间实验的结果表明，这些影响是高度可变的，但从长远来看，它们可能有助于使粮食种植更具可持续性，而不需要额外的肥料或农药。

　　

玉米根系分泌的某些化学物质会影响土壤质量。在一些田地里，这种效应使同一块土地上继玉米之后种植的小麦产量增加了4%以上。伯尔尼大学的研究人员证实了这一点。虽然几个田间实验的结果表明，这些影响是高度可变的，但从长远来看，它们可能有助于使粮食种植更具可持续性，而不需要额外的肥料或农药。

植物产生大量的特殊化学物质。其中一些被释放到土壤中，影响土壤质量。这反过来又影响到土壤中生长的下一种植物。到目前为止，很少有人研究这些排出的化学物质能在多大程度上用于农业以提高生产率。然而，最近，来自伯尔尼大学植物科学研究所(IPS)的研究人员在这一领域进行了实地实验。他们的研究结果发表在科学杂志《eLife》上，研究人员证明，在农业现实条件下，来自玉米根系的特殊代谢物可以提高随后种植的小麦的产量。

玉米根部化学物质如何影响小麦

根据伯尔尼大学植物科学研究所(IPS)的研究人员早先进行的研究，已知所谓的苯并恶氮类化合物——玉米植物通过根部释放的天然化学物质——改变了根部土壤中微生物的组成，从而影响了随后在土壤中生长的植物的生长。本研究探讨了这种植物-土壤反馈是否在现实农业条件下也会发生。Valentin Gfeller解释说:“这样的田间实验对于测试基础研究向实践的可转移性，从而评估潜在的农艺效益是必不可少的。”Valentin Gfeller是IPS的博士生，曾参与该项目，现在在FiBL有机农业研究所工作。在为期两年的田间试验中，最初种植了两种玉米，其中只有一种将苯并恶嗪类化合物释放到土壤中。然后在条件不同的土壤上种植三种冬小麦。在此基础上，有可能证明苯并恶嗪类物质的排泄可以促进发芽，提高分蘖、生长和作物产量。

害虫少，质量一样

除了产量增加外，还观察到一些害虫的侵扰程度有所降低。植物科学研究所生物相互作用教授Matthias Erb与巴塞尔大学的Klaus Schl?ppi共同领导了这项研究，他解释说:“4%的产量增长可能听起来并不惊人，但考虑到在没有额外投入的情况下提高小麦产量是多么具有挑战性，这仍然是重要的。”Erb解释说:“然而，这种影响是否真的对整体农业生产力和可持续性产生重大影响还有待观察，因为产量还取决于许多其他因素。”这项研究表明，通过特定品种的轮作，使用专门的植物化合物来提高作物生产力的潜力。

在伯尔尼大学“同一个健康”学院间研究合作(IRC)的框架内(见框)，还可以在单个化学元素的水平上调查小麦的质量。与伯尔尼大学地理研究所和瑞士农业研究卓越中心Agroscope一起，有可能证明，由于苯并恶嗪类药物而增加的收成对小麦谷物质量没有任何负面影响。

植物化学物质存留在土壤中

为了更好地了解潜在的机制，研究人员完成了对土壤和根系的各种分析。产生苯并恶嗪类化合物的植物在其根部附近的土壤中积累了这些化学物质及其降解产物。此外，在与巴塞尔大学的合作下，已证实苯并恶嗪类药物影响玉米根内和根上的细菌和真菌群落。然而，土壤养分没有改变。苯并恶嗪类化合物也被证明在土壤中具有特别的持久性。苯并恶嗪类化合物通过土壤微生物直接或间接影响小麦生长和总体产量的程度有待进一步研究。

土壤性质很重要

为了测试土壤特性的影响，研究小组与巴塞尔大学和Agroscope一起进行了另一项为期两年的实地试验，以调查苯并恶嗪类药物的植物-土壤反馈如何在更不均匀的田地中起作用。该地区的土壤化学成分和微生物组成差异很大。研究人员成功地证明了苯并恶嗪类药物对小麦生长和抗性的影响取决于这种不同的成分。Valentin Gfeller解释说:“更好地了解土壤特性对植物-土壤反馈的影响对于未来可持续农业的利用至关重要。”

文章标题

Plant secondary metabolite-dependent plant-soil feedbacks can improve crop yield in the field