10月3日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心、植物高效碳汇重点实验室（中国科学院）周峰团队，联合瑞士洛桑大学的科研人员，在国际权威学术期刊《科学》（Science）上发表封面论文，首次精准揭示了植物根系如何引导微生物在其表面“安家”的奥秘，绘制出根系微生物的“定居地图”，破译了控制根系与微生物互动的“分子密码”。

《左传》有云“木水之有本原”，根系是植物的“基石”与“大脑”，决定农作物产量、抗性及土壤碳汇功能，且与土壤微生物紧密相关。但因根系处于土壤黑暗环境中，二者互动长期难观测。

研究团队以植物幼苗根系为模型，结合荧光标记微生物与高分辨率显微成像，发现微生物在根系表面“定居”呈规律空间分布，这与根系凯氏带完整性密切相关。凯氏带靠疏水性木质素沉积阻隔根内外物质运输，其出现“缺口”会导致根系营养物质外漏，主要是氨基酸，尤以谷氨酰胺泄漏量最多。

微生物对环境中的营养具有“趋化作用”，能感知“喜好”并向其移动。研究发现，根部泄漏的谷氨酰胺对微生物有明显趋化性，可调控其趋化、繁殖等行为活动。侧根生长使凯氏带屏障出现“缺口”，谷氨酰胺局部泄漏如“信号弹”，引导微生物形成“聚居区”，丧失感知氨基酸能力的微生物则“迷失方向”，据此可准确绘制微生物“定居地图”。

土壤微生物有有益与病原之分，有益微生物大量“定居”不损害根系，还能促其生长发育与养分吸收；病原微生物大量繁殖则危害植株健康。这体现凯氏带“智能闸门”作用：稳定根系营养，防随意泄漏，维持根际微生物群平衡。

该研究不仅首次从微观层面揭示了植物通过局部氨基酸释放调控根际微生物空间分布的精密机制，也为农业可持续发展提供了全新的思路：未来或可通过设计氨基酸类微生物肥料，精准引导有益菌群定植，显著提高作物养分吸收效率和抗逆能力。尤为重要的是，该策略对增强土壤碳汇功能同样具有重要意义。

因此，该研究不仅为微生物肥料开发提供了新靶点，也为发展“固碳增汇”型绿色农业提供了理论依据和技术途径，助力实现“双碳”目标下的农业绿色转型。

头图为《科学》（Science）封面。受访者供图