从2015开始， Rodale Institute 开始进行温室研究，以确定是否可以繁殖农作物以耐受杂草。 这些研究将基于对光的竞争在植物性能中起关键作用的认识，评估杂草暴露对诱导耐杂草作物的潜力。
假设受到相同生物胁迫（由于杂草等其他活生物体对植物造成损害而产生的胁迫）的受试植物的后代（或后代）的表现要好于亲本植物。 实验设计为重复三遍的三分之一因子完全随机区组设计。 将燕麦植物种植在由一年生黑麦草或红根杂草包围的容器中，并以燕麦植物或土壤作为对照（图1）。
将测试作物的植物幼苗稀疏到每个容器一个植物。 每周从试验植物中收集关于植物高度，每株植物的叶数和叶面积测量的农艺数据。 定期修剪杂草以限制避光对光谱变化的响应，而不是实际的阴影。 在植物成熟时，测量作物生物量和谷物产量。 与F2父母代相比，将测试暴露于两种不同杂草物种的农作物F3和F1后代的种子对杂草的抵抗力。 测试将在温室和研究领域进行 Rodale Institute 以及其他合作机构，例如怀俄明大学。
研究的科学依据
广泛研究了植物在暴露于那些病原体时通过获得系统抗性来应对致病性病原体的能力（Casal，2012； Slaughter等人，2012）。 先前对拟南芥（芥菜家族的一个成员）的研究已经确定，这种获得的防御作用在后代中甚至可以比亲本植物种群更为明显（Slaughter等人，2012），类似于给亲本接种疫苗并看到它们的免疫力。儿童（Coombs，2012年）。 杂草类似地诱导抗杂草作物的能力尚未建立。
众所周知，当其他植物靠近它们时，它们可以感知到这种反应，这种反应称为避光（Holmes and Smith，1977）。
避影响应归因于植物辨别在一起生长的植物物种种群冠层内光谱变化的能力。 假设植物吸收红光以进行光合作用，则会反射光合作用不需要的光谱的近红外部分。 植物通过触发避光响应来检测光谱中的这些变化，例如反射光中近红外光比例的增加（Slaughter等人，2012）。
这种避免可以看作是工厂对即将到来的依赖资源的竞争的先发制人的反应（Casal，2012）。 该反应激活了植物内部的生理机制，从而提高了植物在竞争环境中的适应性，例如增加茎伸长，减少分支和早期种子生产（Franklin和Whitelam，2005）。
但是，如果在非竞争性环境中表达，避免阴影响应会带来机会成本（Casal，2012年）。 例如，即使在作物已经“准备好”对竞争做出反应之后晚些时候除草了杂草，对本季较早表达对杂草的避光反应的农作物的生产率也可能下降。
这项研究旨在确定是否：1）这些反应是可遗传的； 2）可以使后代对杂草更耐受而不损害其生产力，其方式类似于植物对病原体的系统获得性抗性反应。
初步结果
这项研究是与拉勒米怀俄明大学杂草科学副教授安德鲁·肯尼斯博士合作进行的。 Kniss博士最近与我们分享了他们的实验非常有趣的初步结果。
在他们的研究中，如上所述，在亲本（F1）代中，小麦（使用小麦代替燕麦）在装有草草或土壤的容器中生长。 保存亲本（F1）代的小麦种子，并将其种植在杂草或土壤包围的容器中，使它们在第一代和第二代都具有杂草/土壤环境的所有可能组合（土壤然后土壤；土壤然后杂草；杂草）然后是土壤；然后是杂草）。
Kniss博士在抽穗过程开始时收集并分析了第二代（F2或后代）小麦穗的百分比数据。 数据显示，分别有63％和75％的小麦子代暴露于杂草或土壤，而其父本则暴露于杂草（表3）。 父母不接触杂草的小麦后代在接触杂草和土壤时的抽穗率分别为0％和13％（表3）。
这些结果有力地表明，第二代经济作物（小麦）的抽穗期比上一代的生长环境显着影响了当前的生长环境（表2）–到目前为止，我们已显示出最有力的证据表明，对杂草暴露的避荫反应是可遗传的！
由于先前研究的温室空间和种子有限，我们在 Rodale Institute 尚未扩展到探索燕麦/杂草伴生疗法的所有可能组合。 迄今为止，后代已经与父母代处于相同的环境中。 这些实验的初步结果在治疗之间没有统计学意义。
但是，结果显示出一种趋势，表明暴露于一年生黑麦草杂草的第二代燕麦植物比对照（燕麦-燕麦或燕麦-土壤）更高（图4）。 在第一代燕麦植物中的三种处理之间，植物高度之间没有统计学或数字上的差异（图3）。 这些结果与怀俄明州的结果一致，因为它们还暗示子代的产生可能已经继承并扩大了它们对杂草存在的避荫反应。
在获得更多温室空间的情况下，该实验的下一阶段将涉及第二代和第三代燕麦种子的所有可能的燕麦/杂草伴生处理。 然后，我们将进行现场测试。
Emmanuel Omondi博士是该研究所的副科学家兼主任 农业系统试验 at Rodale Institute.