人造生态系统可以带来更好的生物能源作物

更好地了解植物和微生物如何协同工作，将大量大气碳储存在土壤中，将有助于设计更好的生物能源作物来应对气候变化

然而，破译这种互利关系的机制是具有挑战性的，因为科学家很难在实验室中复制自然界的条件。为了应对这一挑战，劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的研究人员创造了人造生态系统或EcoFAB

在《科学进展》杂志上的一篇新论文中，他们展示了这些外卖盒大小的塑料生长室如何有可能为世界各地的科学家提供一个标准化和可复制的平台，用于对模型植物及其根部周围的微生物进行实验

这反过来可以加快开发改良生物能源作物的研究，这种作物能够在营养不良的土壤中生长，并从大气中吸收比目前更多的碳

该论文的主要作者、伯克利实验室环境基因组学和系统生物学（EGSB）部门的项目科学家弗拉斯蒂米尔·诺瓦克表示：“EcoFABs背后的总体理念是，真正需要一个植物微生物组研究平台，使科学家能够更好地共享数据，并在彼此的工作基础上再接再厉。”

“目前，大约有20个实验室在使用我们的设备，但我们最终希望让世界上的任何人都能更广泛地使用这些设备。”

在这项研究中，Novak和Trent Northen实验室的同事使用EcoFABs测试了不同形式的氮如何影响Bracchydium根系释放的有机物质的产生，一种用作生物能源草模型的小草种

氮对植物生长至关重要，Novak在文献中注意到，它与根系分泌物或植物根系产生的化合物类型的关系在这种草种中没有得到很好的探讨

他和他的合作者进行了向Bracchydium提供不同氮源（铵、硝酸盐或其组合）的实验，并观察了根系分泌物成分的变化。他们发现，不同水平的氮会影响根系产生的化合物的类型，当植物同时接受铵和硝酸盐时，它们生长得最好

一个有趣的发现是，只有当铵和硝酸盐同时存在时，根系分泌物中才会产生多巴胺。这表明，特定的营养条件会影响某些代谢产物的产生，而这些代谢产物反过来又会影响植物的生长

EcoFABs最终可以与机器人和人工智能学习的进步相结合，显著提高植物微生物组研究的发现速度。伯克利实验室的另一个即将开发的项目是EcoBOT，这是一个可以自主运行EcoFAB实验的自动化机器人系统

“我们最终可以在计算机上设计实验，然后它为你做一切，”EGSB研究科学家Pete Andeer说，他曾与Northen合作设计EcoFAB。“这将是最终目标：将这些EcoFAB设备与EcoBOT系统集成。”

除了为专业科学家提供大量好处外，EcoFAB还在课堂上留下了印记，高中生和社区大学生都将其用作加州的学习平台

诺森实验室目前的EcoFAB外联活动涉及与各种教育机构的合作，包括当地高中和洛斯梅达诺斯学院

自2020年以来，参加伯克利实验室主任学徒计划的高中生使用EcoFABs进行了实验，研究不同氮条件下的植物生长。该研究项目仍然是该项目的亮点，许多学生因此对生物学和实验室研究产生了兴趣

奥克兰Skyline高中的生物学老师克里斯蒂娜·麦基·埃斯基维尔说：“EcoFAB让我们能够以一种连接其他单元的方式讨论课堂上的微生物。”她在2021年担任伯克利实验室K-12团队的教师时就了解了EcoFAB。“这对学生来说非常重要，不仅要了解根系是如何生长的，还要了解微生物群落。”

与生物技术合作伙伴等组织的进一步合作旨在将生物技术教育，包括使用EcoFABs，引入湾区为少数族裔服务的高中。此外，Los Medanos学院正在讨论将EcoFAB纳入更多本科生教育，学生们将有机会在2024年夏天再次设计和进行自己的植物实验。

“传统上，研究不是社区大学体验的一部分，但我们的许多STEM学生希望转学，继续在实验室、实习等方面进行研究或工作，”洛斯梅达诺斯学院的生物学教授Jill Bouchard说。“让他们获得研究经验对我们来说真的很重要。这是一种很好的方式。”