“导电土壤”使作物平均生长量增加50%
近日，《美国国家科学院院刊》上发表的一项研究指出：当通过新的栽培基质对大麦根系进行电刺激时，大麦幼苗的平均生长量会增加50%。 研究人员使用一种称为水培的方法，创造了一种特殊的“导电土壤”（eSoil），用于在没有传统土壤的情况下种植植物。
（上图为北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所-连栋温室。图源：绿会融媒·海洋与湿地）
水培意味着植物在没有土壤的情况下生长，只需要水、营养和根系可以附着的东西——基质。这是一个封闭的系统，可以使水再循环，使每棵幼苗都能获得所需的营养。因此，只需要很少的水，所有的营养物质都留在系统中，这在传统的种植中是不可能的。
水培还可以在大型塔楼中进行垂直种植，以最大限度地提高空间效率。已经以这种方式种植的作物包括生菜、香草和一些蔬菜。除了用作饲料外，谷物通常不在水培中种植。在这项研究中，研究人员表明，大麦幼苗可以通过水培进行培养，并且由于电刺激，它们的生长速度更好。
研究人员将这种土壤命名为eSoil，它能导电，是专门为水培农业设计的。在导电土壤中生长的大麦，当它们的根受到电刺激时，在短短15天内就多生长了50%。
该研究的第一作者、瑞典林雪平大学副教授Eleni Starvrinidou说：“通过这种方式，我们可以用更少的资源让幼苗生长得更快。我们还不知道它实际上是如何工作的，涉及哪些生物学机制。我们发现幼苗更有效地处理氮，但尚不清楚电刺激如何影响这一过程。”
研究人员解释说，水培中常用矿物棉作栽培基质。这种材料不仅不可生物降解，而且生产过程也非常耗能。电子培养基质eSoil由纤维素制成，纤维素是最丰富的生物聚合物，与一种名为PEDOT的导电聚合物混合。这种组合本身并不是什么新鲜事，但这是它首次用于植物栽培。
以前，研究人员使用高压来帮助植物生长，但eSoil的优点是能耗非常低，没有高压危险。科学家们认为这项研究将为新的研究领域进一步发展水培开辟道路。
电子植物组织负责人Eleni Stavrinidou教授指出，目前，世界正面临人口增长和气候变化的双重打击。很明显，我们将无法仅靠现有的农业方法来满足地球的粮食需求。但它肯定会有所帮助，尤其是在耕地少、环境条件恶劣的地区。通过水培，我们也可以在城市环境中，在非常可控的环境中种植食物。”
研究摘要
到目前为止，刺激植物生长的活性水培基质尚未得到证实。在这里，我们开发了eSoil，这是一种低功率生物电子生长支架，可以在水培环境中为植物的根系和生长环境提供电刺激。eSoil的活性材料是一种有机混合离子电子导体，其主要结构成分是纤维素，这是最丰富的生物聚合物。我们证明，广泛用于饲料的大麦幼苗生长在eSoil中，根系整合在其多孔基质中。简单地通过极化eSoil，幼苗生长加速，导致生长15天后干重平均增加50%。这种影响对根和芽的发育都很明显，并且发生在刺激后的生长期。受刺激的植物比对照更有效地减少和吸收NO3−，这一发现可能对最大限度地减少肥料使用有影响。然而，还需要更多的研究来提供对所涉及的物理和生物过程的机械理解。eSoil为开发活性水培支架开辟了道路，该支架可以以可持续的方式提高作物产量。
（上图为北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所-连栋温室。图源：绿会融媒·海洋与湿地）
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文 | Daisy
审 | Maggie
排版 | Daisy
【拓展阅读】
【参考链接】
1.https://www.eurekalert.org/news-releases/1029701
2.https://phys.org/news/2023-12-electronic-soil-crop-growth.html
3.https://interestingengineering.com/innovation/electrically-conductive-soil-boosts-growth-by-50-in-plants
4.Citation: et al, eSoil: A low-power bioelectronic growth scaffold that enhances crop seedling growth, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2304135120. doi.org/10.1073/pnas.2304135120
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