Washington State University biologi

Washington State University biologist Mechthild Tegeder has developed a way to dramatically increase the yield and quality of soybeans.
Her greenhouse-grown soybean plants fix twice as much nitrogen from the atmosphere as their natural counterparts, grow larger and produce up to 36 percent more seeds.
Tegeder designed a novel way to increase the flow of nitrogen, an essential nutrient, from specialized bacteria in soybean root nodules to the seed-producing organs. She and Amanda Carter, a biological sciences graduate student, found the increased rate of nitrogen transport kicked the plants into overdrive.
Their work, published recently in Current Biology, is a major breakthrough in the science of improving crop yields. It could eventually help address society's critical challenge of feeding a growing human population while protecting the environment.
"The biggest implication of our research is that by ramping up the natural nitrogen allocation process we can increase the amount of food we produce without contributing to further agricultural pollution," Tegeder said. "Eventually we would like to transfer what we have learned to other legumes and plants that humans grow for food."
Improving grain yields
Legumes account for around 30 percent of the world's agricultural production. They consist of plants like soybeans, alfalfa, peas, beans and lentils, among others.
Unlike crops that rely on naturally occurring and artificially made nitrogen from the soil, legumes contain rhizobia bacterioids in their root nodules that have the unique capability of converting or "fixing" nitrogen gas from the atmosphere.
For years, scientists have tried to increase the rate of nitrogen fixation in legumes by altering rhizobia bacterioid function or interactions that take place between the bacterioid and the root nodule cells.
Tegeder took a different approach: She increased the number of proteins that help move nitrogen from the rhizobia bacteria to the plant's leaves, seed-producing organs and other areas where it is needed.
The additional transport proteins sped up the overall export of nitrogen from the root nodules. This initiated a feedback loop that caused the rhizobia to start fixing more atmospheric nitrogen, which the plant then used to produce more seeds.
"They are bigger, grow faster and generally look better than natural soybean plants," Tegeder said. "Some evidence we have suggests they might also be highly efficient under stressful conditions like drought."
Protecting the environment
Nitrogen is a macronutrient essential for plant growth. Large amounts of synthetic nitrogen fertilizer are applied around the world to ensure high plant productivity.
Application is an environmental issue in industrialized countries like the United States because of high energy input, increased greenhouse gas emissions, water pollution and other adverse effects on ecosystems and human health.
In developing countries, where nitrogen fertilizer is scarce, insufficient plant nitrogen results in low crop yields and limited food supplies.
Tegeder thinks her soybean-focused research can eventually be applied to varieties of legumes suited for a diverse array of climates. One major benefit of growing legumes such as chickpeas, common beans, peas and soybeans is that they not only can use atmospheric nitrogen for their own growth but also leave residual nitrogen in the soil for subsequent crops.
Hence, increasing nitrogen fixation could improve overall plant productivity for farmers who grow legumes in both industrial and developing countries while diminishing or eliminating the need for nitrogen fertilizers.
"Legumes with higher yields have huge implications for agriculture and food production around the world," Tegeder said. "Our research also has the potential to be transferred to other crop plants that don't fix nitrogen from the atmosphere but would benefit from being able to uptake nitrogen more efficiently from the soil."
Her work is in keeping with WSU's Grand Challenges, a suite of research initiatives aimed at large societal issues. It is particularly relevant to the challenge of sustainable resources and its theme of supplying food for future generations.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

นักชีววิทยามหาวิทยาลัยวอชิงตันสเตท Mechthild Tegeder ได้พัฒนาวิธีการเพิ่มผลผลิตและคุณภาพของถั่วเหลืองพืชถั่วเหลืองที่ปลูกในเรือนกระจกของเธอแก้ไขสองเท่าไนโตรเจนจากบรรยากาศที่เป็นธรรมชาติของพวก ขยายใหญ่ และผลิตเมล็ดพันธุ์เพิ่มเติมร้อยละ 36Tegeder ออกแบบวิธีใหม่ในการเพิ่มการไหลของไนโตรเจน สารอาหารจำเป็น จากแบคทีเรียเฉพาะในก้อนรากถั่วเหลืองเพื่อผลิตเมล็ดพันธุ์อวัยวะ เธอและอแมนด้าคาร์เตอร์ ชีววิทยาศึกษา พบอัตราการเพิ่มขึ้นของการขนส่งไนโตรเจนพืชที่เตะไปในศาสตร์ของการปรับปรุงผลผลิตพืชเป็นงาน เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ปัจจุบันชีววิทยา นอกจากนี้มันก็สามารถช่วยให้ความท้าทายสำคัญอยู่สังคมของประชากรมนุษย์ที่เพิ่มขึ้นในขณะที่ปกป้องสภาพแวดล้อมการให้อาหาร"ความหมายที่ใหญ่ที่สุดของการวิจัยของเราที่ โดยกระโจนขึ้นกระบวนการปันส่วนไนโตรเจนตามธรรมชาติที่เราสามารถเพิ่มปริมาณของอาหารที่เราผลิต โดยส่งเสริมการเกษตรมลพิษ, " Tegeder กล่าวว่า "ในที่สุดเราต้องการถ่ายโอนสิ่งที่เราได้เรียนรู้พืชตระกูลถั่วและพืชที่มนุษย์ปลูกสำหรับอาหารอื่น ๆ"การปรับปรุงธัญพืชผลผลิตถั่วบัญชีสำหรับประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ของผลผลิตการเกษตรของโลก ประกอบด้วยพืชเช่นถั่วเหลือง ฟา ถั่ว ถั่ว และ ถั่ว หมู่คนอื่น ๆซึ่งแตกต่างจากพืชที่พึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติและทำเทียมไนโตรเจนจากดิน พืชตระกูลถั่วประกอบด้วย bacterioids rhizobia ในก้อนรากของพวกเขาที่มีความสามารถเฉพาะในการแปลง หรือการ "แก้" ก๊าซไนโตรเจนจากบรรยากาศปี นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะเพิ่มอัตราการตรึงไนโตรเจนในพืชตระกูลถั่ว โดยดัดแปลง rhizobia bacterioid ฟังก์ชันหรือปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างการ bacterioid และรากเซลล์ noduleTegeder เอาวิธีแตกต่าง: เธอเพิ่มจำนวนโปรตีนที่ช่วยย้ายไนโตรเจนจากแบคทีเรีย rhizobia ไปใบของพืช อวัยวะที่ผลิตเมล็ดพันธุ์ และพื้นที่อื่น ๆ ที่จำเป็นโปรตีนขนส่งเพิ่มเติมเร่งการส่งออกโดยรวมของไนโตรเจนจากก้อนราก นี้เริ่มห่วงความคิดเห็นที่เกิด rhizobia เริ่มแก้ไขไนโตรเจนในบรรยากาศมากขึ้น ซึ่งพืชใช้แล้วเพื่อผลิตเมล็ดมากขึ้น"พวกเขามีขนาดใหญ่ เติบโตเร็ว และจะดูดีกว่าถั่วเหลืองธรรมชาติพืช Tegeder กล่าว "เรามีหลักฐานแสดงให้เห็นพวกเขาอาจจะมีประสิทธิภาพสูงภายใต้สภาวะเครียดเช่นภัยแล้ง"ปกป้องสิ่งแวดล้อมไนโตรเจนเป็นสารอาหารหลักจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช มีใช้ปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์จำนวนมากทั่วโลกเพื่อให้ผลผลิตของพืชสูงโปรแกรมเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมในกลุ่มประเทศอุตสาหกรรมเช่นสหรัฐอเมริกาเนื่องจากมีพลังงานสูงป้อน เพิ่มก๊าซเรือนกระจก มลพิษทางน้ำ และอื่น ๆ ผลกระทบต่อระบบนิเวศและสุขภาพมนุษย์ในประเทศกำลังพัฒนา ปุ๋ยไนโตรเจนหายาก ไนโตรเจนไม่เพียงพอพืชผลในผลผลิตต่ำและจำกัดอาหารให้Tegeder คิดว่า วิจัยของเธอเน้นถั่วเหลืองสามารถใช้ได้กับสายพันธุ์ของพืชตระกูลถั่วที่เหมาะสำหรับการสภาพอากาศในที่สุด หนึ่งประโยชน์ที่สำคัญของพืชตระกูลถั่วเช่นถั่วชิกพี ถั่วทั่วตัว ถั่ว และถั่วเหลืองเติบโตคือ ว่า พวกเขาไม่เพียงแต่สามารถใช้บรรยากาศไนโตรเจนสำหรับการเติบโตของตนเอง แต่ยัง ปล่อยให้ไนโตรเจนตกค้างในดินสำหรับพืชผลที่ตามมาด้วยเหตุนี้ ตรึงไนโตรเจนเพิ่มขึ้นสามารถเพิ่มผลผลิตพืชโดยรวมสำหรับเกษตรกรที่ปลูกพืชตระกูลถั่วในอุตสาหกรรมและประเทศกำลังพัฒนาในขณะที่ลดลง หรือจำเป็นต้องปุ๋ยไนโตรเจน"ถั่วกับอัตราผลตอบแทนที่สูงขึ้นมีผลกระทบขนาดใหญ่สำหรับผลิตอาหารทั่วโลก Tegeder กล่าวว่า "การวิจัยของเรายังมีศักยภาพที่จะโอนย้ายไปพืชอื่น ๆ ที่ไม่สามารถแก้ไขไนโตรเจนจากบรรยากาศ แต่จะได้ประโยชน์จากความสามารถในการดูดซึมไนโตรเจนมีประสิทธิภาพมากขึ้นจากดิน"ผลงานของเธอคือรักษา ด้วยความท้าทายของ WSU แกรนด์ วัตถุประสงค์ของโครงการวิจัยปัญหาสังคมมีขนาดใหญ่ มันเป็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับความท้าทายของทรัพยากรอย่างยั่งยืนและแบบการจัดหาอาหารสำหรับคนรุ่นอนาคต

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

มหาวิทยาลัยรัฐวอชิงตันชีววิทยา Mechthild Tegeder ได้มีการพัฒนาวิธีการที่จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วผลผลิตและคุณภาพของถั่วเหลือง.
เรือนปลูกพืชถั่วเหลืองเธอแก้ไขสองเท่าไนโตรเจนมากจากบรรยากาศเป็นคู่ธรรมชาติของพวกเขาเติบโตขนาดใหญ่และผลิตได้ถึงเมล็ดพันธุ์มากขึ้นร้อยละ 36
Tegeder ออกแบบวิธีการใหม่ในการเพิ่มการไหลเวียนของไนโตรเจนสารอาหารที่จำเป็นจากเชื้อแบคทีเรียที่เชี่ยวชาญในก้อนรากถั่วเหลืองต่ออวัยวะเมล็ดพันธุ์ที่ผลิต เธอและอแมนดาคาร์เตอร์ชีวภาพวิทยาศาสตร์ของนักเรียนที่จบการศึกษาพบว่าอัตราการเพิ่มขึ้นของการขนส่งไนโตรเจนเตะพืชเป็น overdrive.
ทำงานของพวกเขาที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในชีววิทยาปัจจุบันเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านวิทยาศาสตร์ของผลผลิตพืชปรับปรุง ในที่สุดมันก็จะช่วยให้ความท้าทายที่สำคัญที่อยู่ของสังคมของการให้อาหารที่เติบโตประชากรมนุษย์ในขณะที่ปกป้องสิ่งแวดล้อม.
"ความหมายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของการวิจัยของเราก็คือว่าด้วยการกระโจนขึ้นกระบวนการจัดสรรไนโตรเจนธรรมชาติเราสามารถเพิ่มปริมาณของอาหารที่เราผลิตได้โดยไม่ต้องเอื้อต่อการเกษตรต่อไป มลพิษ "Tegeder กล่าวว่า "ในที่สุดเราต้องการโอนสิ่งที่เราได้เรียนรู้ที่จะพืชตระกูลถั่วและพืชอื่น ๆ ว่ามนุษย์เติบโตสำหรับอาหาร."
การปรับปรุงอัตราผลตอบแทนข้าว
บัญชีพืชตระกูลถั่วประมาณร้อยละ 30 ของการผลิตทางการเกษตรของโลก พวกเขาประกอบด้วยพืชเช่นถั่วเหลืองหญ้าชนิต, ถั่ว, ถั่วและถั่วอื่น ๆ ในกลุ่ม.
ซึ่งแตกต่างจากพืชที่พึ่งพาธรรมชาติที่เกิดขึ้นและทำให้เทียมไนโตรเจนจากดินพืชตระกูลถั่วประกอบด้วย bacterioids ไรโซเบียมในก้อนรากของพวกเขาที่มีความสามารถที่ไม่ซ้ำกันของการแปลงหรือ " . แก้ไข "ก๊าซไนโตรเจนจากบรรยากาศ
. ปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะเพิ่มอัตราการตรึงไนโตรเจนในพืชตระกูลถั่วโดยการเปลี่ยนฟังก์ชั่น bacterioid ไรโซเบียมหรือปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่าง bacterioid และเซลล์รากโหนก
Tegeder เอาวิธีการที่แตกต่างกัน: เธอเพิ่มขึ้น จำนวนโปรตีนที่ช่วยให้ย้ายไนโตรเจนจากแบคทีเรียไรโซเบียมใบของพืชอวัยวะเมล็ดผลิตและพื้นที่อื่น ๆ ที่มีความจำเป็น.
โปรตีนขนส่งเพิ่มเติมเร่งการส่งออกโดยรวมของไนโตรเจนจากก้อนราก นี้เริ่มห่วงความคิดเห็นที่เกิดจากไรโซเบียมที่จะเริ่มต้นการแก้ไขไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศมากขึ้นซึ่งพืชใช้แล้วเพื่อผลิตเมล็ดพันธุ์มากขึ้น.
"พวกเขาเป็นใหญ่เติบโตได้เร็วขึ้นและโดยทั่วไปจะดูดีกว่าพืชถั่วเหลืองธรรมชาติ" Tegeder กล่าวว่า "หลักฐานบางอย่างที่เรามีให้เห็นพวกเขายังอาจจะมีประสิทธิภาพสูงภายใต้เงื่อนไขที่เครียดเช่นภัยแล้ง."
การพิทักษ์สิ่งแวดล้อม
ไนโตรเจนเป็นธาตุอาหารหลักที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืช จำนวนมากของปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์ถูกนำมาใช้ทั่วโลกเพื่อให้แน่ใจว่าการผลิตพืชสูง.
แอพลิเคชันเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมในประเทศอุตสาหกรรมเช่นสหรัฐอเมริกาเนื่องจากข้อมูลที่ป้อนพลังงานสูงปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เพิ่มขึ้นมลพิษทางน้ำและผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์อื่น ๆ ในระบบนิเวศและทรัพยากรมนุษย์ สุขภาพ.
ในประเทศกำลังพัฒนาที่ปุ๋ยไนโตรเจนขาดแคลนไม่เพียงพอผลพืชไนโตรเจนในผลผลิตต่ำและเสบียงอาหาร จำกัด .
Tegeder คิดว่างานวิจัยที่มุ่งเน้นถั่วเหลืองของเธอในที่สุดสามารถนำไปใช้กับสายพันธุ์ของพืชตระกูลถั่วที่เหมาะสมสำหรับความหลากหลายของสภาพอากาศ หนึ่งประโยชน์ที่สำคัญของการเจริญเติบโตของพืชตระกูลถั่วเช่นถั่วชิกพี, ถั่วทั่วไป, ถั่วและถั่วเหลืองเป็นว่าพวกเขาไม่สามารถใช้ไนโตรเจนในบรรยากาศสำหรับการเจริญเติบโตของตัวเอง แต่ยังปล่อยไนโตรเจนตกค้างในดินสำหรับพืชที่ตามมา.
ดังนั้นการเพิ่มการตรึงไนโตรเจนสามารถปรับปรุงพืชโดยรวม การผลิตสำหรับเกษตรกรที่ปลูกพืชตระกูลถั่วทั้งในอุตสาหกรรมและประเทศกำลังพัฒนาในขณะที่ลดน้อยลงหรือไม่จำเป็นต้องใช้ปุ๋ยไนโตรเจน.
"พืชตระกูลถั่วที่มีผลตอบแทนสูงมีความหมายอย่างมากสำหรับการเกษตรและการผลิตอาหารทั่วโลก" Tegeder กล่าวว่า "การวิจัยของเรายังมีศักยภาพที่จะถูกโอนไปยังพืชอื่น ๆ ที่ไม่สามารถแก้ไขไนโตรเจนจากบรรยากาศ แต่จะได้รับประโยชน์จากความสามารถในการดูดซึมไนโตรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นจากดิน."
ผลงานของเธอในการรักษาด้วย WSU แกรนด์ท้าทายเป็น ชุดของความคิดริเริ่มการวิจัยมุ่งเป้าไปที่ประเด็นทางสังคมที่มีขนาดใหญ่ มันเป็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับความท้าทายของทรัพยากรอย่างยั่งยืนและรูปแบบของการจัดหาอาหารสำหรับคนรุ่นอนาคต