10 botaniske observationer, der kan ændre verden

Når det kommer til store videnskabsmæssige nyheder, ser det ud til, at plantefeltet - biologien der beskæftiger sig med plantelivet - altid ser ud som det genert barn, der bliver udelukket. Folk synes at have et billede af botanikere, der omfatter adorably ældre glorified gartnere, der knæler i jorden med små spader, mens plantering blomster.

Men botanik er faktisk i spidsen for videnskaben. Feltet hjælper med at informere og forme de mere sexede felter, der får alle kameraer og opmærksomhed som genetik, bioteknologi, paleontologi og klimaændringer. Der er dog mange botaniske observationer, der lovende ændrer verden i dag.

10Fungi kan øge afgrødeafkast

I 2014 lærte forskere at bruge de symbiotiske relationer, som planter smider sammen med svampe, for at øge afgrødernes udbytte, mens de også bruger mindre gødning.

Forskere har længe vidst, at de fleste planter bruger gunstige svampe i jorden omkring dem til at producere mycorrhizae (svampedrætter). Disse svampe besidder langtrækkende filamenter kaldet hyphae-der kan nå næringsstoffer, som en plante egne rødder ikke kan. Dette forhold hjælper planter med at samle disse næringsstoffer mere effektivt.

Nu har et team af forskere, ledet af Dr. Michael Schultze fra Biologisk Institut i York i England, opdaget et protein (kendt som en "protonpumpe"), der fungerer som grænsefladen mellem svampene og planterotcellerne. Dette giver næringsstoffer mulighed for at viderebringe til planten. Denne observation blev offentliggjort i tidsskriftet Plantecellen der er produceret af American Society of Plant Biologists.

Dr. Schultze har udtalt, at den mycorrhizae-specifikke protopumpe ville være en måde for planteopdrættere at øge afgrødeudbyttet, samtidig med at man minimerer brugen af ​​gødning ved at udnytte den naturlige stigning i næringsgevinst. Mineralgødning er en berygtet kilde til miljøproblemer. De kan føre til jord erosion og forurening af grundvand med nitrater og fosfater. Høje niveauer af nitrater er farlige for menneskers sundhed. Fosfatforurening fører til overgroning af alger som alger dør og syr oxygen ud af vandet, da det nedbrydes - en proces kaldet eutrofiering.

9Vigtige fordele ved korn-ud over skadedyrsbestandighed

Bt majs (behandlet med bakterierne Bacillus thuringiensis) er den velkendte genetisk modificerede majssort, der er opdrættet for at være resistent over for majsrotorm. Disse vestlige amerikanske skadedyr ødelægger afgrøder i både larven og voksenbilleformen. Kornrotormorm koster dyrkere op på $ 1 mia. Om året.

Bt majs beskytter sig ved at producere et pesticid kaldet BT (som er et bakterielt toksin) i sig selv. Dette reducerer behovet for at sprøjte kornet med pesticider. Udover de åbenlyse fordele har forskerne fundet, at Bt majs ofte overskrider forventningerne og producerer større udbytter end forventet.

I 2012 offentliggjorde Fred Below og Jason Haegele fra University of Illinois i Urbana-Champaign en undersøgelse, der fastslår, at Bt majs øger udbyttet ved at øge kvælstofindtaget samtidig med at det øger nitrogenforbruget. Ved ikke at skulle investere i dyre strategier for at beskytte mod skadedyr, finder planten sig fri til at udvikle mere sunde og aktive rodsystemer, der fører til øget produktion rundt omkring.

Bt majs lover også at drage fordel af forskere, der forsker i rodsystemer. Store populationer af planter, der vokser tæt sammen - ligesom planteplanter - kan producere store netværk af rodsystemer, hvis disse rødder er beskyttet mod skadedyr. Dette giver forskere et større reservoir af ressourcer til at arbejde med, når man forsøger at forstå, hvordan rodsystemer virker. Dette kan igen føre til nye frugtbare muligheder for forskning og udvikling.

8Robots inspireret af planter

Forskere fra et EU-finansieret projekt på Istituto Italiano di Tecnologia arbejder på en række avancerede robotprojekter inspireret af, hvad der synes at være en usandsynlig kilde: planteliv.

Barbara Mazzolai er koordinator for FP7-PLANTOID projektet, der har til formål at designe og prototype hardware og software løsninger inden for robotik inspireret af planter. Dette omfatter den måde, de bevæger sig på, fornemmer verden og endda måden deres rødder vokser på. Mens mange ser planter som passive organismer, der næsten ikke gør noget, flytter planter faktisk. Mange gange er denne bevægelse i "ekstremt effektive måder."

Gruppen har udviklet en generel prototype, der har til formål at gøre brug af de måder, hvorpå planter interagerer med verden. Den har en 3-D printet bagagerum og efterlader det fornemme ting som temperatur, tyngdekraft og fugtighed. Det har også et rodsystem, der vokser og ændrer retning efter behov. Det er første gang, forskerne har kigget på planter for at løse robotbaserede problemer.

Mazzolai og hendes hold håber i sidste ende at bruge dette arbejde på forskellige områder som landbrug, medicin og rumforskning. De forestiller fremtidige robotter, der kunne blive droppet i en fremmed verden, hvor de ville implantere sig og bruge sensoriske oplysninger til at tilpasse sig hårde omgivelser. En anden mulighed er at skabe fleksible endoskopiske kirurgiske robotter, som kunne rejse gennem menneskekroppen.

PLANTOID-projektet er støttet af € 1,6 mio. I finansiering fra EU og forventes færdiggjort i 2015. Teamet arbejder i øjeblikket på en mere avanceret prototype med flere evner. De håber at udvikle en model, der bruger sit eksterne miljø til at trække energi og smartere robotter, der kan lære af miljøvinkler og træffe beslutninger baseret på dem. Du kan følge projektets fremskridt og lære mere her.

7Desert Farming Techniques

Nylig forskning i ørkenbrugsteknikker har ført til nye observationer om, hvordan planter forfalder relationer med bakterier til fremme af vækst. Dette har vigtige potentielle anvendelser.

I et studie fra 2012 offentliggjort i PLOS ONE, brugte forskere en tørkefølsom peberfabrik (Capsicum annuum L.) og fokuserede på de organismer, der voksede omkring det under tørkeforhold. De gjorde dette ved at dissekere rodsystemer og prøveudtagning både dyrkede og uudviklede jordarter.

De fandt ud af, at bakterierne omkring planterne, da de blev udsat for tørkeforhold, blev beriget, og det kørte planter så meget som en 40 procent stigning i fotosyntese og biomasseproduktion.

Jo flere plantebiologer studerer de måder, planter samhandler med de organismer, der vokser omkring dem, desto mere giver det mening at tale om planter som en "meta-organism", hvor mikrobiomet omkring det er lige så meget en del af det hele som selve planten. I en verden, hvor klimaforandringer og voksende menneskelige befolkninger vil lægge stor vægt på tilgængeligheden af ​​vand og mængden af ​​jord, der kan anvendes til landbruget, vil denne forskning hjælpe os ved at bevare høje afgrøder med minimal irrigation.

6Seaweed Farming

Da alger blomstrer tætte strande og forstyrrer økosystemerne, har alger været en voksende miljømæssig bekymring i nogen tid. Det ses af mange som en plage og et problem, vi skal udrydde.

Men en gruppe forskere er ikke enig. De sagde: "I vores forskning vender vi argumentet på hovedet og ser alger som en ressource. Vi samler overskydende alger langs kysterne og dyrker nye alger ud på havet. "Hvorfor skulle de gøre det?

Fredrik Grøndahl, chef for Seafarm-projektet på KTH Royal Institute of Technology i Sverige, håber at bruge alger som en billig og rigelig kilde til mad, medicin, plast og biobrændstof. Mennesker bruger næsten 40 procent af produktionen fra landbaserede økosystemer, men kun omkring 1 procent af hvad havet kan producere.

Den overdrevne befrugtning af vores oceaner på grund af menneskelig aktivitet kaldet eutrofiering - ender med at skabe for meget alger, og for at gøre tingene værre er det, vi producerer fra havet, for det meste udnyttende. Nogle fiskemetoder, herunder trawling, hærger oceanerne. Trawling dræber tusindvis af levende ting, der aldrig bliver brugt for at få den fisk, som trawlere ønsker. Udnyttelse af algernes potentiale kan ændre alt det. Dens nytte er utroligt og næsten fuldstændig overset i de fleste vestlige kulturer.

Alger indeholder vitaminer, aminosyrer og mineraler. Det kan spises almindeligt eller bruges til at producere krydderier og olier. Det kan også erstatte mere miljøskadelige former for dyrefoder. Brown alger kan producere tre gange mængden af ​​sukker, der findes i sukkerroer.

Grøndahls Seafarm-projekt vokser alger på tønder og høster dem derefter på land, hvor de videre forarbejdes gennem biorefineringsprocesser. Hans gård og andre projekter som den har enorme muligheder for at ændre verden.

Andre nationer har brugt alger i nogen tid. Mange dele af Asien, især Japan, har brugt det i århundreder. Irland, en nation med en lang tradition for brug af tang, har siden 2010 udviklet omfattende alger dyrkningsprojekter. I 2011 begyndte Norge lignende projekter. Så måske er havbrugene forestillet af science fiction forfattere og futurister endelig på vej.

5Ny svampeobservationer kunne føre til forbedrede svampemidler

En ny undersøgelse fra forskere ved University of Exeter i England, offentliggjort i oktober 2014 udgave af Naturkommunikation, viser den mekanisme, hvor de fleste patogene svampe undgår immunsystemerne hos de planter, de angriber. Denne konklusion lover at føre til en helt ny generation af fungicider.

Biosciences Professor Gero Steinberg fra UOE har påpeget, at patogene svampe har stort potentiale til at forstyrre verdens fødevaresikkerhed og koster allerede milliarder af dollars i skade. Han sagde, "Faktisk er tab af hvede, ris og majs til svampepatogener, årligt, det samme som det årlige forbrug af (US) Department of Homeland Security - omkring 60 milliarder dollar."

Det viser sig, at de fleste patogene svampe injicerer en plante med effektorproteiner, der gør det muligt at omgå automatiske immunsystemsvar og komme ind i planteceller. Svampene bruger signalerende organeller - kaldet tidlige endosomer - der rejser mellem svampecellerne og invasionspunktet. De fungerer som budbringere og leverer proteinerne, der giver svampen mulighed for sikkert at komme ind i planten.

Ved at lære at deaktivere denne proces, bør forskerne kunne levere nye fungicider, der behandler sygdommen, før svampen nogensinde får en chance for at gøre sit beskidte arbejde. Nuværende fungicider bliver ofte hurtigt gjort ineffektive af patogene svampe, fordi deres hurtige væksthastigheder hjælper dem med at tilpasse sig hurtigt til svampebehandlinger.

4Human Gut Microbes kan give plantebiobrændstoffer

For at kunne bruge planter som biobrændstoffer har forskere brug for en måde at effektivt nedbryde plantens cellevægge. Traditionelt gør de dette ved at bruge visse mikrober, der besidder det nyttige træk ved at gøre netop det. Sandsynlige kandidater omfatter de mikrober, der findes i ko rumener og termit tarm.

Men i en 2014-undersøgelse i Forsøg af National Academy of SciencesProfessor Isaac Cann fra University of Illinois og hans team af forskere mener, at de har fundet en bedre kandidat - i den menneskelige tarm på alle steder.

Undersøgelsen bekræfter en tidligere hypotese, at tarmmikrober hos mennesker har evnen til at fordøje fiber og omdanne det til sukkerarter, der igen er fermenterede næringsstoffer, som menneskelige celler bruger. Disse samme sukkerarter kan tilføres gær til dannelse af ethanol og andre flydende brændstoffer. To af mikroberne findes i mennesker-Bacteroides intestinalis og Bacteroides ovatus- synes at være mere effektiv til at nedbryde komplekse plantefibre end end dem, der findes hos køer.

Udover at have vigtige konsekvenser for menneskers sundhed kan denne opdagelse yde stor nytte for biobrændstofindustrien, som igen kan give os alle mulighed for at høste store miljømæssige fordele.

3Træer, der kan øge bioproduktionen

Forskere fra Center for Plantbioteknologi og Genomics har udviklet en ny form for bioteknologi: En teknik til at øge biomasseproduktionen af ​​en skovplantage uden at ændre træets væksthastighed, sammensætning eller anatomi. Dette øger ikke kun den samlede produktion af træer uden at øge træernes fødevareefterspørgsel. Det gør det på en måde, der kan afbøde virkningerne af global opvarmning og øge energisikkerheden ved at muliggøre langt større træproduktion i samme mængde rum.

De gjorde det gennem en teknik, der ændrer udtrykket af visse gener, der er ansvarlige for en proces kaldet "syleptisk forgrening" i træer, hvilket øger antallet af grene, størrelsen på bladområdet og den samlede vækst. Forskerne hævder, at deres teknik potentielt kan fungere på enhver træagtig planteart.

På grund af sine potentielle anvendelser til bioenergisektoren og energimarkederne er processen blevet patenteret.

2Sound Vibrationer kan snart Boost Harvests

I Europa har mange lande omfattende pesticidforbud på plads. Dette sætter pres på forskere for at finde alternative metoder til bekæmpelse af skadedyr. Kan det være muligt at erstatte mange af verdens pesticider på et tidspunkt med et lyd- og lugtbaseret insektkontrolsystem? Forskere i Italien tror det.

Ilaria Pertot og et hold af EU-forskere, der arbejder på PURE-projektet, har eksperimenteret med lydvibrationer og feromoner for at forstyrre parringens adfærd i den europæiske druemossmøl og cicada Scaphoideus titanusto almindelige drue skadedyr

Med druer alene, der tegner sig for 38 procent af pesticidanvendelsen i hele Europa, er det nemt at se, hvordan denne forskning kunne have enorme miljøfordele, selvom det viser sig ikke at have udbredt anvendelse.

Forskerne hævder, at de metoder, de udvikler hidtil, er så effektive, om ikke mere end anvendelsen af ​​kemiske pesticider, og de kan helt erstatte dem.

1Chinese plantediversitet afgørende for global fødevaresikkerhed

Vesten har haft nogle grunde til at misunde Kina i løbet af de sidste par årtier, og det kan godt have en anden. Et botanisk team fra University of Birmingham i England sammen med partnere fra Kina hævder, at den enorme mængde plantediversitet i Kina kan være afgørende for global fødevaresikkerhed i fremtiden.

Kinas flora omfatter over 20.000 højere plantearter. Forskerne identificerede 871 af disse indfødte arter, der er kendt som afskedige slægtninge (CWR). De kaldes dette på grund af deres genetiske potentiale til at tilpasse og hjælpe med at opretholde 28 vigtige globale afgrøder (såsom ris, hvede, sojabønner og mange andre). Nogle er vant til at hjælpe afgrødeplanter med at forbedre modstandsdygtigheden over for kulde eller give resistens overfor toksiner. Andre har forbedret tørke resistens eller forbedrede ernæringsmæssige kvaliteter såsom proteinindhold. Toogfyrre procent af dem forekommer intet andetsteds i verden.

Det er dog ikke alle gode nyheder. Forskerne fandt også, at mindst 17 procent af disse meget værdifulde arter er i fare for udryddelse og kræver øjeblikkelig opmærksomhed. I mellemtiden er der iværksat en database med alle de arter, der er afsluttet, for at begynde at bevare arten i genbanker for at bevare deres værdifulde træk.

Verden er kun lige begyndt at indse vigtigheden af ​​CWR'er og andre vilde planter i kampen for at afbøde virkningerne af den globale opvarmning og sikre landbrugets økonomiske stabilitet. Forsker Shelagh Kell sagde, at den involverede politik er utroligt kompleks, og at "det er vigtigt at være opmærksom på Kinas CWR for at sikre, at de er tilstrækkeligt konserverede, så denne mangfoldighed er tilgængelig til brug i afgrødeforbedringsprogrammer, før det går tabt for evigt. ”