新型聚合物可以为农民带来更高的作物产量

诸平

Fig. 1 Credit: Unsplash/CC0 Public Domain

Fig. 2 The polymers are designed to act as a scaffold, 'seeding' the formation of a microorganism-polymer complex, which is crucial in the early stages of a plant’s life when the seedling is in a race against time to reach self-sufficient growth before the nutrients and energy stores in the seed run out.

据英国伯明翰大学（University of Birmingham）网站2022年6月21日报道，新型聚合物可以为农民带来更高的作物产量（Novel polymers could lead to greater crop yields for farmers）。新型合成的聚合物旨在加速有益生物膜（beneficial biofilms）的形成，并有望产生更强壮的植物和更高的作物产量。

伯明翰大学的科学家发明了一种新方法，鼓励细菌形成促进生长的生态系统，可以用来覆盖植物幼苗的根部，这有望在农业中产生更强壮、更健康的植物，并提高作物产量。

在自然界中，幼苗的根系与土壤中的微生物群落(真菌、细菌、病毒)形成互利的关系，并交换养分，使植物和微生物都能茁壮成长。在植物生命的早期阶段，这一点尤其重要，因为在种子中储存的营养和能量耗尽之前，幼苗要争分夺秒地达到自给自足的生长。

伯明翰大学化学工程学院（School of Chemical Engineering）的应用微生物学家蒂姆·欧文顿（Tim Overton）博士和化学学院（School of Chemistry）的 弗朗西斯科·费尔南德斯-特里洛（Francisco Fernandez-Trillo）博士领导了一个团队，他们开发了一种新型的合成聚合物，这种聚合物可以刺激这些细菌群落的形成，以一种反映被称为生物膜形成（biofilm formation）的自然过程的方式。

生物膜是一个精心编排的微生物群落，由形成保护性微环境（protective micro-environment）并将群落保持在一起的生物聚合物基质支持。

研究人员共同开展了一项为期四年的项目，研究聚合物如何与细菌相互作用，从而合成了一组基于酰基腙的聚合物（acylhydrazone-based polymers）。

这些新聚合物被设计为充当粘合剂支架，“播种”微生物-聚合物复合物的形成，以启动和加速生物膜的形成。一旦形成生物膜，细菌就会成为一个自给自足和自组织的群落，并产生自己的基质，以允许营养物质和水的传输，以及废物的排放。

该项目由生物技术和生物科学研究委员会 (Biotechnology and Biological Sciences Research Council 简称BBSRC) 通过他们的米德兰综合生物科学培训伙伴关系（Midlands Integrative Biosciences Training Partnership）资助。

它涉及博士生帕万·阿多尼（Pavan Adoni）和奥马尔·胡内蒂（Omar Huneidi），他们随后进行了研究，显示聚合物聚集细菌并改善生物膜形成。至关重要的是，他们还表明该过程是完全可逆的，并且可以通过改变环境条件来分散生物膜。这些实验和进一步研究的结果将于 2022年发表。

帕万·阿多尼评论说：“我们预计该聚合物最终将用作种子包衣涂层，可能与细菌如枯草芽孢杆菌（B. Subtilis）结合使用，这种细菌天然存在于土壤中，可提高植物的抗逆性，目前被用作一种土壤孕育剂（soil inoculant）。我们设想了一种更有针对性的方法，只处理种子，这样当它发芽时，细菌就可以在微生物聚合物复合体（micro-organism polymer complex）提供的安全港环境中生长。最终，这应该会产生更强壮的植物，它们生长得更快，并且对疾病有更强的抵抗力。”

伯明翰大学企业部（University of Birmingham Enterprise）提交了一项基础广泛的专利申请，涵盖新型聚合物、形成生物膜的方法和聚合物裂解方法，以及其用于促进生物膜与任何微生物的生长，包括那些可以生产或递送的化学物质的微生物或生物分子。

该专利现已授权给专业生命科学公司PBL Technology，该公司投资、保护和促进来自全球公共研究资源的新兴创新。在农业方面，PBL 的技术包括作物遗传学、作物处理、精准农业和促进者以及研发工具。

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