新策略！改变作物颜色便于机器人区分杂草

杂草，似乎是农业领域一直以来的难题，它们生命力顽强、繁殖迅速，抢占作物的肥料和空间。不同地区的人对付杂草都有一套自己的模式，有人选择用除草剂、机械设备除草，也有人选择作物与杂草共生。

水稻田边的酸模叶蓼（Persicaria lapathifolia ），是旱田和水田及其周边较常见的杂草之一。©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

最近一项有关杂草的研究中，科学家们为了使除草更容易，建议通过生物工程使农作物色彩鲜艳或叶子形状不同，这样就能更容易地将它们与杂草区分开来。这可能需要改变作物的基因组，使其表达许多植物已经产生的色素，例如使蓝莓呈蓝色的花青素或使胡萝卜呈橙色的类胡萝卜素。他们说，然后就可以利用机器学习训练除草机器人只清除杂草。

这项研究刊登于《植物科学趋势》（Trends in Plant Science）期刊上，作者在文章中概述了他们提出的策略。

哥本哈根大学的植物和环境科学家迈克尔·帕尔姆格伦（Michael Palmgren）领导的研究人员表示：为了提高对杂草的识别能力，建议使用基因编辑技术，在新的驯化作物中引入特征，使经过机器学习训练的除草机器人能够对作物进行视觉识别。这种在田间消除野生类似物的可持续方法结合了基因组编辑的潜力和人工智能的力量，原则上也可用于已经成熟的作物。

摄影：袁勇。©绿会融媒·邻里生物多样性保护工作组

数千年来，人类通过精心挑选和培育，驯化了各种作物。得益于遗传学的发展，我们现在已经知道了我们的祖先所选择的理想性状的许多基因，这意味着通过使用基因编辑等生物工程技术来改变或将这些性状引入野生植物，可以更快地驯化出新的或 "全新 "的作物。由于许多野生植物比现有作物物种更能承受环境压力，这也有助于培育出更能抵御气候变化的作物。

研究人员写道：最终目标是培育出一系列环境可持续、高产、有利于生态友好型农业实践的新型作物。

然而，新驯化的作物很可能与野生作物非常相似，这将给除草工作带来挑战。一种方法是在新生作物中引入抗除草剂基因，然后使用除草剂杀死杂草。相反，研究人员建议将基因工程与人工智能技术相结合，创造出视觉上与众不同的新生作物，让机器人除草机能够轻松地将它们与杂草区分开来。

研究人员提到，将这些新作物与其产量较低且近缘的野生植物区分开来，可能会给杂草控制带来巨大挑战。利用基因编辑技术提高除草机器人对它们的视觉识别能力，可以有效地解决这一问题。

研究人员建议改变植物的基因组，使其表达许多植物已经产生的色素，而不是将非植物基因（转基因）引入新生作物，例如：花青素，它是包括浆果和紫甘蓝在内的植物呈现红色、紫色和蓝色的原因；类胡萝卜素，它是包括胡萝卜、辣椒和叶片在内的植物各部分呈现黄色、橙色和红色的原因，对光合作用非常重要。

研究人员表示，操纵这些关键基因将大大提高区分新驯化作物和野生作物的准确性。

这些色素不仅能实现视觉分辨，还能为植物和人类健康带来更多益处。植物中花青素的积累与植物对食草动物、真菌疾病、细菌感染、重金属毒性和其他环境压力的更强抵抗力有关，而类胡萝卜素则是人类饮食中维生素 A 的来源。

研究人员写道："由于这些有益的特性，富含花青素的植物不仅是区分驯化作物和杂草的直接方法，而且有望在农业中得到实际应用。

另一种选择（或补充选择）是改变新作物的叶片结构，使其比野生作物更复杂或更不复杂，例如，通过诱导增加或去除叶片的基因突变。为了便于收获后对种子进行分类，可以创造出种子颜色或形状不同的新生作物。

还需要进行更多的研究，以检验这些变化是否会影响作物的生命力，例如，检验这些色素是否会干扰光合作用或植物的抗逆性。还需要开展更多研究，以改进遥感技术，并研究训练除草机器人识别新生作物新性状的最佳方法。

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编译 | LYJ
审核 | Daisy
排版 | 绿叶

参考资料略