美爱荷华州启动工程设计作物研发


博士后/机械工程研究助理aki Jubery正在检查测量玉米根系水分和养分流动的压力室。


爱荷华州立大学的研究人员使用 x 射线计算机层析成像技术来创建土壤内根结构的三维图像照片。

来源：爱荷华州立大学，摘译：基因农业网（王晓肖，鹿梦琪）

美国爱荷华州立大学的工程师和植物科学家正在合作设计更好的能适应气候变化的作物，以求产量更高并养活更多人。

项目负责人、机械工程副教授Daniel Attinger说，计算植物工程的研发对农业的影响会和生物医药工程对医学的影响一样大。正如生物医药工程已通过人工心脏、机器人外科手术以及更有效的药物来拯救生命，植物工程可以生产出更好的作物或研究出新的种植方式。

Attinger说：“生物系统工程存在很大的可能性，工程师和植物生物学家有许多值得相互学习的地方。”

例如，工程师精通测量水分和养分的流动、运行高性能计算机模拟以及可视化处理大量复杂数据。如果工程师没有收集和分析数据的工具，他们就会制造出一个。

植物科学家将他们的工具和技术带到合作中。他们长时间选育和改良植物、鉴定植物性状、了解基因组并研究土壤和环境对植物的影响。

在上世纪 70 年代和 80 年代，植物科学家为实现爱荷华州合作者们的主要目标，采取了以下步骤：鉴定出理想作物的必要性状，然后通过选育实现这一目标。农业和生命科学院查尔斯 F.柯蒂斯特聘教授、爱荷华州立大学植物科学研究所主任以及植物合作工程的负责人Patrick Schnable说：这种"理想株型育种"在当时未取得完满结果。

Schnable 承诺在植物育种中新尝试使用工程学和物理学原理。他称爱荷华州新的努力是“为培育理想作物的植物科学家带来新技术与方法的大胆试验”。

爱荷华州的工程师和植物科学家于去年夏天开始了他们为期一年的项目，该项目来自在爱荷华州立大学校长议长跨学科研究的十万美元资助。爱荷华州大学校长 Steven Leath在2012年的秋天宣布了以促进跨学科研究、确保大型研究经费和树立爱荷华州创新声誉为目标的倡议。

植物工程协作组早已准备好公开其观点与发现。该研究团队赞助并组织4月28日到4月29日在市中心的梅因酒店举行的工程化作物专题研讨会。此次研讨会将迎来超过一百位与会者，其中包括一些世界上最优秀的工程师和植物科学家，以及农业企业和政府机构代表。研讨会的主题包括基因和环境的相互作用、植物生理学和养分运输、数值模拟、植株性状图像和教育的必要性。

以下是研讨会的相关信息。

工程师能为植物科学家所做的事情之一便是帮助他们识别出最佳的基因与性状组合以获得更好的作物。机械工程系助理教授 Baskar Ganapathysubramanian 正在致力于开发环境如何影响植物养分运输、水份吸收、光合作用和根体系结构的计算机模型。

“不同于到田里去做花费大量资源与时间的实验，我们想出一种计算模式并将那些实验抛给高性能计算机，”他说，“这样一来，你可以仔细核查数以百万计的组合来找出哪种组合是有用的。”

植物的科学家和工程师也正在开发其它技术。例如使用X射线电脑断层扫描来研究土壤中的根系。

研究根生物学的植物病理学与微生物学副教授Larry Halverson说，“用正在研发的新技术，我们能够看到土壤中真实的根系漫长发育过程， 由此，我们应该能够以一种从来没用过的方式来模拟养分和水分的运输。”

Halverson说植物科学家和工程师共同策划“智能植物”的想法是很有前景的。

他说：“我们打算去整合两个实际上未被很好整合的学科，它们有不同的方法、不同的理念以及对如何回答问题的不同看法。”

Attinger说：“工程师们将计量方法来识别理想作物的特点，而植物科学家们将培育具有期望特征的作物。”

他还说，拥有已有的植物学与工程学研究项目将为爱荷华州研发工程作物做出贡献。

“这将是爱荷华州的巨大变更，” Attinger 说，“我们有高科技农业产业、极好的土壤和农场来进行大规模实验。可能没有任何地方比爱荷华州的栽培走廊更适合种植工程植物了。”

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