根
克里斯·托普在加州奇诺长大,他说自己是一个非常郊区的孩子:
“我知道食物来自7-11。我从来没有想过水从哪里来,食物从哪里来。”直到19岁,当他对自己的鸡肉三明治有了一个令人不安的发现时,他才对事物的起源产生了兴趣,并成为了一名素食主义者。
在乔治亚大学攻读遗传学学位期间,克里斯开始研究植物病原体。他对前沿和新兴技术感兴趣,在美国国家科学基金会资助的植物科学实验室担任研究技术人员,开发人工染色体,这是早期合成生物学的一个例子。读研究生时,他专注于研究玉米,意识到这种作物可能会产生最大的影响:“在美国,每年大约有9000万英亩玉米种植。以每英亩3万株的平均密度计算,那就是2.7万亿株玉米。据说,每年种植的玉米种子比银河系里的星星还要多。”
在杜克大学开始他的职业生涯后,克里斯现在是丹佛斯中心的首席研究员。他和他的实验室一起,试图解开植物隐藏的那一半的秘密。
隐藏的一半
根是植物健康和生产力的基础——就连达尔文也对它们感兴趣——但关于植物的这“隐藏的一半”仍有很多未知之处。树根埋在地下,有时埋在几十英尺深的土壤里。对生长在土壤中的根系的研究通常需要将植物从土壤中移出杀死。这样的研究不能捕捉到根系生长和土壤相互作用的动态性质。
因此,当克里斯了解到专门用于航空航天工业中非常大物体的3D x射线计算机断层扫描(X-ray CT)系统时,他看到了一个新的潜在应用。2016年,在国家科学基金会(National Science Foundation)的资助下,与瓦利特生物科学公司(Valent BioSciences)合作,将其中一台8吨重的机器带到丹佛斯中心。仪器的成功很快导致了更小,但更强大的x射线显微镜来观察根系-微生物的相互作用。现在Topp实验室可以无损地看到根系的三维地下世界,至少对于生长在大型容器中的植物来说是这样。位于丹佛斯中心的Topp实验室的植物科学x射线CT和显微镜设备在世界上是独一无二的.

新兴的结果
这项工作已经在“根经济学”领域取得了成果,“根经济学”是对植物根系培养的微生物生态学的研究,包括菌根真菌的共生相互作用。克里斯和他的团队正在研究干旱和其他压力因素的影响。他们可以观察不同的处理如何导致根系生长的变化。他们可以学到更多关于碳封存的知识。
该设施产生的令人瞠目结舌的三维图像还有另一个影响:教育。Topp实验室与丹佛斯中心的科学教育和推广团队合作,开发了一种植物根系的虚拟现实之旅——一种“虫眼”视角——叫做“生根”。它与圣路易斯科学中心合作使用,让孩子们了解植物科学的奇迹。
改善土壤健康
目前,Topp实验室正在与化合价的生物科学在农业、公共卫生和森林卫生市场的生物产品的研究、开发和商业化方面处于世界领先地位。Valent BioSciences正与Chris Topp博士和Topp实验室的研究科学家Keith Duncan合作,利用先进的无损成像技术开展创新性根圈研究。瓦莱特生物科学公司和Topp实验室共同致力于为子孙后代改善土壤健康。