柏连阳院士团队从根系代谢物-根际微生物互作角度揭示化感水稻抵御除草剂抗性与敏感稗草胁迫的差异化策略

核心提示：该研究通过整合转录组、代谢组和宏基因组等多维度分析，系统揭示了化感水稻在应对二氯喹啉酸抗性及其敏感稗草胁迫时，在根系代谢物-根际微生物层面上启动的两种完全不同的防御策略，并首次发现了氨基酸及其衍生物在化感水稻应对二氯喹啉酸抗性稗草胁迫过程中发挥的关键作用。该成果不仅深化了人们对植物化感作用机制的理解，而且为稻田杂草抗药性的绿色精准防控提供了全新的理论支撑。……（世界食品网-www.shijieshipin.com）

2月26日，柏连阳院士团队在国际著名期刊《Plant Biotechnology Journal》上在线发表了题为“Distinct Defense Mechanisms of Allelopathic Rice Against Quinclorac-Susceptible and -Resistant Barnyardgrass: Involvement of Specific metabolites and Rhizosheath Microbiota”的研究论文。该研究通过整合转录组、代谢组和宏基因组等多维度分析，系统揭示了化感水稻在应对二氯喹啉酸抗性及其敏感稗草胁迫时，在根系代谢物-根际微生物层面上启动的两种完全不同的防御策略，并首次发现了氨基酸及其衍生物在化感水稻应对二氯喹啉酸抗性稗草胁迫过程中发挥的关键作用。该成果不仅深化了人们对植物化感作用机制的理解，而且为稻田杂草抗药性的绿色精准防控提供了全新的理论支撑。

　　研究团队从“根系-根际-微生物”三方协同互作的角度，深入解析了化感水稻“识别”不同的竞争对手（抗性稗草、敏感稗草），从而启动截然不同的防御机制。在二氯喹啉酸敏感稗草胁迫条件下，化感水稻根系中萜类化合物的生物合成通路被激活，鼠尾草酸、稻壳酮B等萜类化合物大量积累。这些萜类化合物与化感水稻根系中水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）含量变化正相关。与此同时，化感水稻根际微生物群落中ABC转运蛋白和群体感应相关的通路显著富集，使得微生物能更有效地捕获根际土壤环境中有限的糖类资源并定殖水稻根系。然而，应对二氯喹啉酸抗性稗草胁迫时，化感水稻根系中的氮代谢通路被激活，根系中L-谷氨酰胺和L-谷氨酸等氨基酸大量积累，同时氮同化关键基因OsGDH2表达显著上调。显著富集的纤维素降解菌Cellulomonas通过降解化感水稻根系纤维素，为整个微生物群落提供碳源和能量。进一步分析发现，固氮菌（如Mesorhizobium等）的nifD基因表达上调，协助将大气中的氮转化为氨；随后arcC（参与氨再生）、nitrilase（将腈类水解释放氨）和GOGAT（将氨同化为谷氨酸）协同作用，完成从固氮到氨同化的完整氮循环。这一由纤维素降解菌提供能量支持、固氮菌负责氮素转化、氮代谢基因完成下游同化构成的协同网络，显著提高了土壤有效氮含量和化感水稻植株总氮含量。

　　进一步开展抗性稗草胁迫下化感水稻根系中显著富集的4种候选氨基酸类化合物（环亮氨酸、L-组氨酸、哌可酸和1-氨基环丙烷羧酸）抑草活性的研究，发现外源添加一定浓度的哌可酸和L-组氨酸能有效抑制稗草幼苗生长，且不影响供试水稻幼苗的生长。这一发现揭示了化感水稻根系代谢物-氨基酸及其衍生物类化合物的双重角色：既是招募功能微生物、构建根际氮代谢网络的“信号分子”，又是直接抑制稗草生长的“化学武器”。

　　湖南省植物保护研究所为本论文的第一单位。湖南大学隆平农学院已毕业硕士研究生、目前在西澳大学攻读博士学位的李书燕为本论文的第一作者。我院柏连阳院士、彭琼副研究员为该论文共同通讯作者。江苏农科院李永丰研究员、湖南农业大学生科院童建华老师、湖南大学隆平农学院已毕业硕士生严启玲参与了该研究。本研究得到了国家自然科学基金（U22A20461、32372564）的经费资助。

　　论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70611

日期：2026-03-02