美國德州農(nóng)工大學(xué)（Texas A&M University）的生態(tài)農(nóng)業(yè)科學(xué)家使用新的生物物理學(xué)方法加速培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的花生。

利用拉曼（Raman）光譜技術(shù)可以縮短花生育種的漫長過程。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，德州農(nóng)工大學(xué)生物物理學(xué)家和植物育種專家已經(jīng)證明了拉曼光譜技術(shù)可以快速檢測花生中的油酸水平。油酸是一種單不飽和脂肪酸，可以延長花生的保質(zhì)期，同時(shí)對心臟也有好處。

德州農(nóng)工大學(xué)整合了本校系統(tǒng)內(nèi)的一所學(xué)院和四所專注于農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)的研究州立機(jī)構(gòu)，成立了全美最大的綜合農(nóng)業(yè)項(xiàng)目。

科學(xué)家們還用拉曼光譜技術(shù)鑒定植物對病蟲害的抵抗力。使用拉曼光譜比標(biāo)準(zhǔn)方法能更加快速、經(jīng)濟(jì)、便捷地篩選花生品種的優(yōu)良特性。該研究成果已發(fā)表在《自然》（Nature）期刊的子刊《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）中。

科學(xué)家Lee Sanchez用花生植株樣本進(jìn)行研究

“我們已經(jīng)證實(shí)了這種方法在篩選過程中可以節(jié)省大量的時(shí)間，通過此方法還可以獲得特定花生的‘指紋’，并從中提取出大量信息，想象空間無限?！钡轮蒉r(nóng)工大學(xué)花生育種研究合作者John Cason博士說。

“拉曼光譜在生物化學(xué)中很常見，但在農(nóng)民和植物育種者中卻鮮為人知，它攜帶方便、價(jià)格低廉、準(zhǔn)確快捷，有利于向數(shù)字農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。”該研究的首席研究員、德州農(nóng)工大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院生物化學(xué)與物理系助理教授Dmitry Kurouski博士說。

這項(xiàng)研究得到了農(nóng)業(yè)生命研究院（AgriLife Research）和該州的大學(xué)研究計(jì)劃（University Research Initiative）的資金支持。此外，德州花生生產(chǎn)委員會(huì)（Texas Peanut Producers Board）和西南花生剝殼協(xié)會(huì)（Southwestern Peanut Shellers Association）為Cason的小組提供了購買手持式拉曼光譜儀的資金。

拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)勢

此前，如果Cason想分析植物的抗蟲害性或花生的脂肪酸含量，他將要從植物中提取DNA或?qū)悠匪偷疆惖貙?shí)驗(yàn)室進(jìn)行紅外分析。Cason說，相比拉曼光譜技術(shù)，這兩種方法都要花費(fèi)更多的時(shí)間、成本和勞動(dòng)力。

不同基因的花生種子圖

（K）A.hypogaea（TxL090106-05）、（L）A.valida（30147）、（M）A.hypogaea（US# 1551Tan）（N）A.praecox（6416）、（O）A.cardenasii （10017）、（P）A.hypogaea（US# 1519 Red）

（Q）A.hypogaea（TxAG-8）、（R）A.hypogaea（Tx144932）、（S）A. gladulifera（30098）

（T）A.paraguariensis（10585）。

在該項(xiàng)研究中，合作者使用了市售的與鞋盒大小差不多的手持式拉曼光譜儀。拉曼光譜可測量出材料如何散射無害的激光。而每種材料都有特定的散射特性，一秒鐘的掃描可提供多種分子信息線索。Cason說，操作掃描雖相對簡單，但合作者仍在開發(fā)和微調(diào)分析數(shù)據(jù)的方式。

Cason小組有幸得到了Kurouski和他實(shí)驗(yàn)室的三位年輕科學(xué)家的培訓(xùn)和指導(dǎo)，這三位年輕科學(xué)家分別是：研究生Charles Farber、研究助理Lee Sanchez和訪問學(xué)者Stanislav Rizevsky博士。

用拉曼光譜掃描花生葉，可以區(qū)分出抗線蟲和易感植物，準(zhǔn)確度約為75%。更重要的是，其對花生種子掃描可以區(qū)分出高油酸含量的品種，準(zhǔn)確度達(dá)82%。

關(guān)于花生的研究

研究小組目前正在擴(kuò)大對花生植物的研究。首要目標(biāo)是使用拉曼光譜技術(shù)快速分離出對干旱條件具有較高耐受性的花生品種。該小組同時(shí)專注于擴(kuò)大其營養(yǎng)成分的研究，以幫助培育出更多營養(yǎng)豐富的花生品種。

這種技術(shù)的限制之一是掃描儀需要與被掃描的材料緊密接觸。Kurouski小組目前正在研究拉曼“望遠(yuǎn)鏡”，以確?？梢話呙杈嚯x30米（100英尺）的植物。“生物物理學(xué)家和花生育種者通常不會(huì)有交流機(jī)會(huì)，但這是一個(gè)好項(xiàng)目，我認(rèn)為這個(gè)小組今后還會(huì)有更多的研究合作?！盋ason說。
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