近日，《農業科學與工程前沿》(英文簡稱FASE) 出版了2025年第1期題為“根際生命共同體與養分高效”的專輯，中國農業大學資源與環境學院袁力行教授和張林教授組織了本期專輯。本期專輯共收錄9篇文章，圍繞根際生命共同體理論創新，系統探討了植物與微生物互作機制在養分高效利用中的作用機制及調控途徑，涵蓋植物–土壤–微生物交叉創新領域的多個研究方向，旨在為農業綠色發展和可持續生產提供理論支撐與實踐策略，全力推進綠色夢想“121”行動。

· 專 輯 概 述 ·

提高養分利用效率是農業生產和綠色發展面臨的重大問題，需要系統發揮植物及其第二基因組–微生物組生物學潛力。針對這一問題，張福鎖院士團隊提出“根際生命共同體 (Rhizobiont)”學術思路，通過構建“植物–根系–根際–菌絲際–土體及其微生物”根際生命共同體理論體系，突破植物–微生物、微生物–微生物關鍵界面互作機制，闡明根際生命共同體結構、功能及其在養分活化、吸收與利用中的作用機制，建立共同體多界面互作增效的生物學調控新途徑。根際生命共同體理論開辟了植物–土壤–微生物交叉創新領域，有助于破解糧食安全、資源高效、環境保護多目標協同的難題，支撐我國農業綠色發展，是綠色夢想“121”行動的核心理論基礎。在此背景下，FASE特組織“根際生命共同體與養分高效”專刊，總結該領域近年來新進展。本專刊下設三個主題：(1) 根際生命共同體關鍵界面互作與養分高效；(2) 根際生命共同體系統增效機制；(3) 養分高效的生物學調控途徑。植物根系對土壤中養分的吸收至關重要。氮是植物重要的養分元素，在植物高效利用氮的機制方面，劉修杰等人 總結了植物如何感知局部和系統氮信號并將其傳遞到下游的途徑。他們建議，為充分了解氮依賴的根系形態發生機制和有效鑒定與作物根系結構表型相關的基因位點，未來應更多關注根系性狀的非破壞性原位表型、對基因功能的細胞特異性探索以及根系結構、環境和管理之間的相互作用。植物與豐富多樣的土壤微生物群體之間存在著復雜的相互作用，這些微生物對提高植物的養分效率起著至關重要的作用。徐浩然等人總結了與植物營養相關的環境條件及基因，指出這些因子在調節根系微生物群落的組成中發揮著關鍵作用。作者強調，諸如微生物組基因組學和微生物組廣泛關聯研究等創新性分析方法，極大地推動了我們對植物與根系微生物群落之間相互關系的理解。這些方法系統性地揭示了根系微生物群落與植物營養利用之間的深層次聯系，為根系微生物群落在農業中的應用提供了堅實的理論支撐。何曉明等人 回顧了作物馴化與改良 (雜種優勢) 如何影響根系特征及其微生物群落的結構與功能。更進一步，他們探討了作物馴化與改良如何通過基因調控、根系結構和功能的變化，以及根系分泌物特征的調整，潛在地重塑根系與微生物群落之間的相互關系機制。叢枝菌根真菌可以與陸地上三分之二以上的植物形成共生關系，在植物間的地下交流中發揮重要作用。馬曉凡和Erik LIMPENS 綜述了基于植物間信號物質而普遍存在的菌絲網絡對于植物抵抗病蟲害、草食性傷害以及機械損傷的重要性。未來應探究潛在的轉運途徑，真菌是否可以促進信號在菌絲網絡中傳遞，以及信號交換背后的驅動因素。段世龍等人分析了植物從土壤中有效獲取磷的根系途徑與菌根途徑之間的相互作用，闡明了根系途徑和菌根途徑之間存在基于碳輸入和磷獲取的潛在權衡關系；菌根真菌可以感知土壤磷的異質性，并釋放分泌物招募解磷細菌；在土壤有機磷斑塊中菌根真菌和土壤細菌之間也存在著碳磷互惠的共生關系。基于根際生命共同體理論，未來如何利用生物學調控來提高作物養分利用效率具有重要意義。王利陽等人表明可通過局部施肥引起的級聯放大來促進根際土壤-植物-微生物之間的相互作用。局部施肥誘導的根系養分覓食的增量放大通過根系形態改變導致的吸收面積增加、根系生理過程增強導致的礦化能力提高，以及土壤微生物的選擇性刺激導致的地下相互作用加強來實現。王天琪等人發現2'-脫氧麥根酸 (一種植物鐵載體) 可促進有益的根際細菌群落形成，從而提高花生微量營養。劉瑩等人研究了微生物接種劑、納米肥料和生物炭的組合，認為這是提高土壤健康、作物生產力和環境可持續性的一種有前景的策略。Tarekegn Y. SAMAGO和Felix D. DAKORA 研究表明，結合使用根瘤菌接種和低磷施用可增加埃塞俄比亞四季豆 (Phaseolus vulgaris) 的植株生長、根系根瘤和產量。這些都是根際生命共同體生物調控的典型案例。

來源: Engineering前沿