Yeni Keşfedilen Gen, Bitkilerin Kuru, Sıkışmış Topraklarda daha Derin Kökler Geliştirmesine Yardımcı Oluyor

Penn State araştırmacılarına göre, önceden bilinmeyen bir kök özelliği, bazı tahıl bitkilerinin kuru, sert, sıkıştırılmış topraklarda delme yeteneğine sahip daha derin kökler geliştirmesine izin veriyor.

Bitki bilimi profesörü Jonathan Lynch, “Bu keşif Amerikan ve küresel tarım için iyiye işaret çünkü bu özellik mısır, buğday ve arpanın daha derin kökler geliştirmesine yardımcı oluyor, bu da kuraklığa tolerans, nitrojen verimliliği ve karbon tutumu için önemli” dedi. “Bu özellik için ıslah, iklimi hafifletmek için yeni mahsullerin geliştirilmesine yardımcı olmalıdır.”

Araştırmacılar tarafından çok sıralı kortikal sklerenkima (veya MCS) olarak adlandırılan fenotip, kök yüzeyinin hemen altında kalın duvarlara sahip küçük hücrelerle karakterize edilir. MCS genotipine sahip kökler, daha yüksek bir lignin konsantrasyonuna sahiptir – hücre duvarlarının oluşumunda önemli olan, özellikle ahşap ve ağaç kabuğunda sertlik kazandıran karmaşık bir organik polimer.

Daha fazla lignin, MCS olmayan genotiplere kıyasla MCS köklerine daha fazla çekme mukavemeti ve daha büyük kök ucu bükme kuvveti verir. Bu ilave sertlik, köklerin sert toprak katmanlarına nüfuz etmesine yardımcı olur.

Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı’nda bugün (1 Şubat) yayınlanan kök anatomi çalışmasının bulguları dikkat çekicidir. MCS’li mısır genotipleri, tarladaki sıkıştırılmış topraklarda MCS’siz hatlara kıyasla% 22 daha fazla derinliğe ve% 39 daha fazla sürgün biyokütlesine sahip kök sistemlerine sahipti.

Lynch’in Ziraat Bilimleri Koleji’ndeki araştırma grubunda doktora sonrası araştırmacı olan baş araştırmacı Hannah Schneider, toprak sıkışmasının gözenekliliği azaltır, su sızmasını sınırlar, havalandırmayı azaltır ve fiziksel bir engel oluşturarak kök büyümesini kısıtlar.

“Sıkıştırılmış toprak katmanları, daha derin toprak katmanlarında kök büyümesini ve keşfi sınırlandırarak mahsul verimliliğini kısıtlıyor ve bu da besin maddelerine ve suya erişimi kısıtlıyor” dedi. “Sert toprağa nüfuz edebilen ve daha derine inebilen kökleri olan bitkiler, su ve besin maddelerini yakalama avantajına sahiptir – sonuçta kuraklıkta veya düşük toprak verimliliğinde daha iyi performans gösterir.”

Çalışma, sıkıştırılmış topraklarda kök penetrasyon yeteneğini değerlendirmek için hem tarla hem de sera bileşenlerini içeriyordu.

Bilim adamları, kök büyümesini incelemek için iki saha deneyi yaptı – biri Willcox, Arizona’daki Apache Kök Biyoloji Merkezi’nde ve diğeri de Penn State’in Rock Springs’teki Russell E. Larson Tarımsal Araştırma Merkezi’nde. Her lokasyonda, araştırmacılar kök lignin içeriğine zıt olarak altı mısır genotipi üretti. Her saha deneyi sıkıştırma ve sıkıştırmasız işlemleri içeriyordu.

Mısır çiçek açtığında, kök büyümesini değerlendirmek için rastgele seçilen bitkilerin yakınında topraklar çekildi. Araştırma alanı başına iki bitkinin kökleri de çıkarıldı ve değerlendirildi ve sürgün biyokütlesi toplandı.

Üniversite Park kampüsündeki bir serada on iki buğday genotipi ve altı mısır genotipi de yetiştirildi. Sert alt tabakaya hangi köklerin girdiğini belirlemek için sıkıştırılmış bir toprak tabakası ile büyük büyüme kapları veya “mezokozmlar” oluşturuldu. Bir aydan fazla büyümenin ardından, mısır ve buğday genotiplerinin her birinden kök segmentleri toplandı, ölçüldü ve gerilme mukavemeti ve kök ucu bükülme kuvveti açısından test edildi.

Bu araştırma, çalışmada bitkilerden elde edilen köklerin anatomisini görselleştirmek için LAT olarak bilinen lazer ablasyon tomografisini kullandı. Lynch’in araştırma grubu, diğer kök analizi uygulamaları için 2011 yılında benzersiz teknolojiyi geliştirdi. LAT kullanan araştırmacılar, çeşitli dokular arasında ayrım yapmak için lazer tarafından kesilen farklı hücrelerin verdiği ışık spektrumlarını ölçebilir.

Araştırmacılar tarafından incelenen tahılların her birinde MCS için genetik varyasyon bulundu ve kalıtımın nispeten yüksek olduğunu bildirdiler ve bu özelliğin ıslah programlarında seçilebileceğini öne sürdüler. Bu çalışmada incelenen bitki soylarından MCS, modern mısır, buğday ve arpa çeşitlerinin% 30 ila 50’sinde mevcuttu.

Schneider, daha derin köklerde büyüyen mısır mahsullerinin su ve besin maddeleri için daha uzağa uzanmasının ve bunun sonucunda daha yüksek verim elde etmenin sonuçlarının, nüfusun gıda güvencesinden yoksun olduğu bölgelerde muazzam olacağını belirtti. Bu, özellikle geniş alanları kuraklığa daha yatkın hale getiren değişen bir iklim karşısında doğrudur.

“MCS’yi mısır, buğday, arpa ve diğer birçok tahıl mahsulünde gözlemliyoruz ve çalışmalarımız, MCS’nin faydalarının çoğunun farklı türler arasında benzer olabileceğini gösteriyor” dedi. “MCS, tahıl mahsullerinde stres toleransı ve artan verim için önemli bir özellik olabilir.”