植物联手根际细菌“制造磷肥”新机制

发布者：红衣大砲 2026-8-19 10:07

2026年8月18日，国际顶尖学术期刊《细胞》(Cell)在线发表了崖州湾国家实验室周俭民团队联合北京大学白洋团队、清华大学刘栋团队合作完成的研究论文“Mutually beneficial interactions between bacteria and Arabidopsis promote phosphorus nutrition and growth”。该研究首次揭示了非菌根植物拟南芥与根际不动杆菌在低磷条件下的互利共生机制，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。

磷是植物生长发育不可或缺的大量元素。但在自然环境和农田土壤中，绝大多数磷被金属离子固定或与有机物结合为难溶形态，植物难以直接吸收利用。生产中磷肥利用率极低，过量施用还会带来资源紧张、土壤板结、水体富营养化等环境问题，寻找绿色可持续的解决方案迫在眉睫。十字花科等植物无法与菌根真菌互作，而传统溶磷细菌又难以在低磷土壤中真正帮助植物，“让细菌变身生物磷肥” 的设想长期未能实现。

研究发现，约20%的拟南芥根系细菌具备低磷促生能力，且其促生作用并非简单依赖细菌自身的溶磷能力，提示植物与细菌之间的互作才是关键。同传统认知相反，在无菌缺磷条件下，拟南芥根系分泌的苹果酸并不能直接溶解磷素，反而消耗光合产物；而当环境中存在细菌时，苹果酸化身“求救信号”，通过趋化作用精准招募特定的不动杆菌在根表定殖。不动杆菌随即启动共生模式：利用根系分泌的碳氮养分维持生命活动，并特异表达葡萄糖脱氢酶基因gcd和碱性磷酸酶基因phoD，分别从无机磷源和有机磷源中释放磷酸根离子，供植物与自身共享，形成低磷生境下的特殊互利共生关系。

有趣的是，这种互惠关系只有在距根表约1毫米的范围内才能建立，根表生态位保障了植物与细菌“就近供给、高效利用”的良性循环；而不动杆菌在菌群和土壤中依然能发挥低磷促生作用，展现出应用潜力。

该研究首次揭示了植物与细菌之间的低磷共生关系，打破了“植物低磷共生仅依赖真菌” 、“细菌独立溶磷，植物坐享其成”和“植物分泌有机酸溶磷”的传统认知，为理解根际微生物功能提供了新视角，也为发展生物磷肥提供了优良的菌株资源，是实验室在作物养分高效利用与绿色农业方向上的重要进展。

崖州湾国家实验室王永进博士后、中国科学院遗传与发育生物学研究所高初蕾博士为共同第一作者。崖州湾国家实验室周俭民研究员（责任通讯，Lead Contact）、北京大学生命科学学院白洋研究员、清华大学生命科学学院刘栋教授为共同通讯作者。德国马普研究所Paul Schulze-Lefert、崖州湾国家实验室杨维才院士、王忆平研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所王国栋研究员、中国科学院分子植物创新中心周峰研究员、北京师范大学王伟教授、中国农业大学周朝阳副教授等也参与了这项研究。该工作得到崖州湾国家实验室、国家重点研发计划、海南省杰出人才团队、新基石科学基金等项目的资助。

低磷条件下植物与不动杆菌互利共生关系的建立

文章链接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00917-7