微资讯！我科学家发现植物“以碳氮换磷”机制

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来源：光明日报

本报北京9月8日电（记者晋浩天）

磷是植物生长必需的大量营养元素，可土壤里的磷大多“锁”在难溶的矿物和有机质里。土壤并不缺磷，植物却常常“够不着”。许多植物靠与土壤里的真菌共生扩大磷的来源，但拟南芥这类十字花科植物天生没有这套体系，它们怎么挨过“磷荒”？崖州湾国家实验室周俭民团队、北京大学白洋团队与清华大学刘栋团队合作发现了这一奥秘——植物主动向根际细菌发出“求救信号”，细菌闻讯赶来，双方各取所需。这为破解植物磷营养难题、研发绿色生物磷肥提供了重要的理论依据和优良菌株资源。相关成果于日前发表。

“植物的根际从来不缺帮手。”周俭民介绍，那里生活着不少会“溶磷”的细菌，靠分泌有机酸、磷酸酶，就能把难利用的磷释放出来。“但一个问题始终没有答案：这些细菌是‘碰巧路过’，还是被植物主动请来的？双方之间，又是否存在真正的互利交换？”

为弄清这个问题，研究团队系统筛选了130株模式植物拟南芥根系的共生细菌，发现约20%的细菌既能缓解植物的“磷饥饿”，也能促进植物低磷条件下的生长。“这一比例提示，植物应对缺磷，靠的或许不是单打独斗，而是与特定细菌的‘双向奔赴’。我们又以促生效果显著的不动杆菌为代表，一步步看清了机制：低磷时，拟南芥会启动体内的低磷响应程序，向根部周围多分泌一种苹果酸。苹果酸并不能直接‘撬锁’，把磷从矿物里取出来。它更像一封‘求救信’：循着信号，细菌纷纷向根表聚拢。”白洋说。

细菌“赴约”只是第一步。刘栋表示，植物为它们提供碳、氮养分“管饭”，细菌则启动“解磷程序”，把土壤里难以利用的无机磷和有机磷一一释放出来。被“解锁”的磷在根表附近富集，等于送到植物嘴边。一来一往，双方在根表结成一笔“以碳氮换磷”的买卖。

“进一步的微生物群落实验和低磷土壤实验显示，即便周围细菌种类纷繁，植物也能吃到更多磷、长得更好。”在周俭民看来，这项研究首次揭示了植物与细菌之间的低磷共生关系，推翻了几桩旧有的“想当然”：植物低磷时请的帮手，从来不只有真菌；细菌也并非“独立溶磷，让植物坐享其成”；植物分泌有机酸，不只是自己溶磷，更是一声“求援”。该研究为解决植物缺磷问题提供了一条新路径。