剧透警告:玉米生长时发出的声音与折断玉米的声音惊人地相似，这背后的一个可能原因可能会从根本上改变我们对植物生长的看法

美国声学学会

有一个老农民的故事说，“在一个安静的夜晚，你可以听到玉米生长。”这看起来可能很有趣，但纽约大学的道格拉斯·库克和内布拉斯加州大学的同事罗杰·埃尔莫尔和贾斯汀·麦克梅汉能够使用接触式麦克风直接记录下玉米生长的声音。

玉米是美国主要的粮食作物，每年收获超过3.5亿吨。但是，由于缺乏对风致玉米茎秆失效机理的了解，阻碍了玉米产量的进一步提高。作物科学家们已经在这个问题上研究了100多年，尽管只取得了微不足道的成功。

现在，通过应用机械工程工具和技术，由库克领导的一组工程师和植物科学家正在解决这个问题，并发现与植物生长和发育有关的其他问题。

在本周举行的第172届美国声学学会会议和第5届日本声学学会联合会议上，库克将介绍他利用声发射技术探索玉米秸秆生长和断裂的工作。

库克解释说:“材料断裂很像微观地震:内部应力的突然释放会向各个方向辐射声波。”“我们使用一种叫做压电接触麦克风的特殊传感器来监测玉米秸秆在故障前发出的声音。这有助于我们更清楚地理解失败的过程。”

听起来怎么样?

库克说:“令人惊讶的是，这种声音听起来和玉米碎的声音非常相似。”“我们现在认为，植物生长涉及数百万个微小的断裂事件，这些断裂事件触发植物急于‘修复’断裂区域。通过不断地折断和修复，植物能够长得越来越高。”

虽然研究人员还没有确定这是否适用于所有植物，但库克认为这可能是一种类似于肌肉发育的机制:举重会在肌肉中产生微小的微撕裂，当这些撕裂被修复时，肌肉就会得到加强。

这一有趣的发现是植物科学和机械工程这两个看似无关的学科融合的结果。

库克说:“每年有许多农作物因风灾而损失。”“工程师们非常了解如何防止结构故障，通过使用自然育种技术，植物科学家几乎可以改善他们所能测量到的植物的任何特征。所以你可以想象，通过这两个学科的共同努力，可以在植物结构完整性方面取得很大进展。”

就应用而言，“这是一个非常年轻的研究领域，所以我们的大部分工作本质上仍然是相当基础的，”库克说。“我们正在了解植物的生长和断裂，这对育种家在开发优化设计的植物时很有用。”

例如，他们了解到玉米植物的叶子实际上在快速生长期间提供了大部分的结构支撑。根据库克的说法，这是相当惊人的，而不是一个叶子通常所扮演的角色。因此，这应该有助于植物科学家开始开发具有更坚韧叶子的新品种，这些新品种在生长阶段不太容易失败。

Cook的背景是人类生物力学，所以他和同事们目前正在使用计算机断层扫描技术(CT)来获取植物的3d图像。

库克补充说:“我们还计划使用核磁共振成像技术来观察玉米的生长和发育。”“我们想了解更多关于茎秆失效的知识，目标是确定茎秆失效过程中‘最薄弱的环节’。一旦确定，植物科学家就可以尝试提高茎秆的强度和恢复力。”

罗杰·爱尔摩是内布拉斯加州延伸种植系统的农学家贾斯汀McMechan他是内布拉斯加州东部的推广作物保护和种植系统专家，两人都是《作物观察》的定期撰稿人。