干旱会给粮食作物带来问题，克莱姆森大学的三名科学家正在努力找到问题的根源。
科学家们认为，在更干燥的土壤中生长，农作物可以从杂草亲戚那里学到一两个教训。其诀窍是在植物根部及其周围储存有益微生物，以增强植物抵御恶劣环境的能力。
一个由植物与环境科学系助理教授Vidya Suseela领导的跨学科团队从美国农业部国家粮食与农业研究所(USDA-NIFA)获得了649,898美元的研究经费，提高抗旱能力的系统方法:通过交叉接种有益根瘤菌和覆盖种植提高作物的抗旱能力．
Suseela是一名土壤生态学家，研究植物根系与周围土壤及相关微生物的相互作用。参与该项目的其他研究人员包括植物与环境科学系的Nishanth Tharayil和生物科学系的Barbara Campbell。
许多原始植物被认为是杂草，生长在荒地上，暴露在恶劣的环境中。大多数原始物种的一个共同属性是它们能够在根部周围培养有益微生物，这反过来帮助它们在环境压力下表现得更好。研究人员将从识别根系附近的微生物开始，这些微生物有助于为野草提供耐旱性。这项研究中使用的是玉米。
“为了使玉米更耐旱，我们将制定策略，识别有益微生物，并将其从禾本科植物转移到玉米中。”Suseela说。“植物根系相关的微生物群落(微生物群落)可以刺激植物生长，增强植物对环境胁迫(如干旱)的耐受性。因此，利用根系和微生物组的相互作用为赋予作物耐旱性提供了一条有希望的途径，特别是在面临气候变化的情况下。”
在一项相关研究中，克莱姆森团队发现了一些关键机制，通过这些机制，来自相关原始植物的有益微生物可以将玉米的需水量减少一半。
“鉴于全球气候变化预计将导致干旱的生长季节与降雨事件减少相关，这种在干旱条件下保持生产力是一项重大发现。”Suseela说。“在克服环境逆境方面，微生物是植物的良方，是一种尚未开发的潜力。”
一旦鉴定出来，这些微生物就会从野草转移到玉米上。
将微生物从野草转移到农作物中给研究人员带来了一个独特的挑战。
＂利用来自原始物种的微生物为经济作物提供耐旱性是一个相对较新的想法”Tharayil说。“但真正的挑战是如何在野外环境下保持这些有益微生物。由于其复杂性和适应性，改变土壤微生物群落组成说起来容易做起来难，原生微生物很快就会战胜引入的微生物。”
为了克服这一障碍，研究人员计划使用与原始物种密切相关的覆盖作物作为载体，在田间运输、繁殖和维持有益微生物。土壤微生物靠植物根系释放的化学物质而茁壮成长。为了促进土壤中有益微生物菌落的生长，在作物生长前，会在田间种植具有根系和类似于原始物种的化学物质的草。Tharayil的专长是植物生态生理学。他的团队研究植物对更严酷环境的反应，并使用各种工具来表征植物的化学特性。
“原始物种虽然是本地物种，但由于其潜在的杂草性质，不能直接引入农田。”Tharayil说。“我们相信，如果我们种植覆盖作物，释放出类似于原始草的化合物，我们可以在农业领域维持原始植物的有益微生物。关键是要找到正确的匹配。”
Suseela补充说,“虽然有几种途径来提高作物的耐旱性，但我们的方法通过培育土壤微生物群落和土壤健康，为微生物群落介导的作物抗旱性提供了一种可持续的方法，同时采取了一种系统方法来维持农业生态系统的健康。”
坎贝尔是一名微生物生态学家，他使用分子工具来了解微生物组的多样性、功能以及与其他微生物或高级生物以及环境的相互作用。她将为研究生提供建议，并与他们一起研究根系微生物与植物环境变化的关系。
“我们将检查有益微生物，并将它们与原始微生物进行比较，同时记录不同覆盖作物种植后玉米中微生物发生的变化。”坎贝尔说。
该项目预计将持续到2026年4月，将涉及一系列实验室、温室和实地实验。
发展能够适应气候变化的作物，对于帮助农民种植粮食养活世界很重要。来自美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的信息显示，随着气候的持续变化，一些地区可能会经历更多的降水和洪水，而其他地区可能会经历更少的降水和干旱的风险增加。
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