植物生長與土壤中的微生物密不可分。植物根係與微生物之間如何互動和協作，是科學家努力破解的“地下謎題”。

  《科學》雜誌文章封面圖。（中國科學院分子植物科學卓越創新中心供圖）

  10月3日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心、植物高效碳匯重點實驗室（中國科學院）周峰團隊，聯合瑞士洛桑大學的科研人員，在國際權威學術期刊《科學》上發表封面論文，首次精準揭示了植物根係如何引導微生物在其表面“安家”的奧秘，繪製出根係微生物的“定居地圖”，破譯了控制根係與微生物互動的“分子密碼”。

  據中國科學院分子植物科學卓越創新中心周峰研究員介紹，研究團隊以植物幼苗根係為研究模型，結合熒光標記的活體微生物和高分辨率顯微成像技術，發現微生物在根係表面的“定居”並非雜亂無章，而是呈現有規律的空間分佈。

  這種“定居”格局與根係內部的一道特殊屏障——“凱氏帶”的完整性密切相關。當“凱氏帶”結構出現“缺口”時，會造成根係內部的營養物質向外泄漏。從這些“缺口”中泄漏出的主要營養物質是氨基酸，尤其是一種叫“谷氨酰胺”的氨基酸分子泄漏量最多。

  根係局部釋放“谷氨酰胺”調控根係微生物示意圖。（中國科學院分子植物科學卓越創新中心供圖）

  微生物能感知環境中的營養物質，並朝着自己“喜歡”的方向移動，這種現象稱作微生物的“趨化作用”，是它們與動植物互動和適應環境的關鍵策略。

  此次研究發現，植物根部泄漏的“谷氨酰胺”對微生物具有明顯的趨化性，能夠顯著調控微生物的趨化、繁殖等行為活動。當側根從主根生長出時，造成“凱氏帶”屏障出現“缺口”，導致“谷氨酰胺”局部泄漏，這如同根係定點發出的“信號彈”。

  “當微生物識別到這些信號後，會自發地趨向於此，引導它們在根係表面形成有規律的聚居區。如果微生物自身喪失感知氨基酸的能力，則容易迷失方向，無法準確找到‘定居點’。”周峰説，“根據這些‘定居點’的位置，我們便可以準確繪製出根係微生物的‘定居地圖’。”

  9月28日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心周峰研究員介紹科研成果。 新華社記者張建松 攝

  業內專家認為，該研究不僅揭示了“凱氏帶”介導的根係分泌新途徑，為實現作物根際有益菌群的精準定向富集提供了技術路徑，也為發展“固碳增匯”型綠色農業奠定了理論基礎，可望助力實現“雙碳”目標下的農業綠色轉型，具有重要而深遠的科學意義。（記者張建松）