北京
原文发表于 《科技导报》2026年第8期科技新闻-前沿动态
植物补钙可更好地向下生长
植物根系在土壤中的向下延伸，看似只是对重力作出反应，实际上还要不断应对土壤颗粒挤压、障碍阻挡等机械挑战。近年的研究已表明，致密土壤会显著抑制根伸长，并影响作物对水分和养分的获取；根系要在真实土壤中持续下扎，必须在“能转向”的柔性与“能破土”的刚性之间取得平衡。
奥地利科技学院的研究揭示了这一平衡背后的关键机制：当根发生弯曲或受到机械拉伸时，会先出现胞质钙离子瞬变，随后触发根表面外质体活性氧（ROS）“脉冲式爆发”；这些ROS进一步增强细胞壁刚性，帮助根尖穿透致密土壤。作者指出，这一过程由机械敏感型钙通道MCA1和NADPH氧化酶共同参与，其作用不是促进根无限制弯曲，而是抑制过度弯折，让根在向地生长与破土前进之间保持平衡。2026年4月16日，相关研究成果发表于《Science》。
植物根系会发生弯曲以探寻水分和养分，这一过程依赖于相互作用的细胞信号通路（图片来源：《Science》）
为了精准解析这一动态过程，研究团队建立了根表面外质体ROS的活体成像方法，从而首次捕捉到ROS脉冲发生的起始过程。实验显示，生长素、胞外三磷酸腺苷（ATP）和快速碱化因子1肽（RALF1肽）等不同刺激，都会先诱导钙信号，再触发ROS爆发；在无钙条件下，这种反应消失，而利用光遗传学手段人为提升钙信号，则足以重新诱导ROS生成。这印证了钙信号的必要与充分性。
突变体实验进一步凸显了该机制的物理意义。缺失NADPH氧化酶或MCA1通道的植物根系，虽然表现出更强的弯曲倾向，但在面对高硬度介质与压实土壤时却举步维艰。这表明，“易弯曲”并不等同于“擅穿透”。本质上，植物根系的“土壤导航”并非单靠重力驱动，而是依赖这条“钙-ROS”通路实时调节细胞壁的机械强度。
该研究重塑了对根系生物力学的传统认知。对于现代农业而言，这一机制为未来通过分子靶点改良作物根系、提升其在板结与干旱土壤中的抗逆性，提供了清晰的理论依托。
（来源： Science ）
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