Cell | 打破传统认知！周俭民/白洋/刘栋团队合作揭示植物联手根际细菌“制造磷肥”新机制

来源：INature

磷是植物生长的必需大量元素，但土壤中绝大多数磷以不溶性无机磷酸盐或有机磷酸盐形式存在，植物无法直接利用。许多植物依靠菌根真菌获取磷，但非菌根植物（如拟南芥）如何与微生物协作应对磷缺乏，一直是未解之谜。

2026年8月18日，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在Cell在线发表题为“Mutually beneficial interactions between bacteria and Arabidopsis promote phosphorus nutrition and growth”的研究论文，该研究揭示了缺磷拟南芥与根际细菌之间一种精妙的互利共生策略。

细菌的溶磷能力不能预测促生效果

研究者首先从缺磷土壤中分离了分类学多样化的根际细菌，发现许多细菌能够促进拟南芥在唯一磷源为不溶性磷酸盐的条件下的生长和磷吸收。然而，令人意外的是：细菌在培养皿中的溶磷能力并不能预测其对植物的促生效果。这意味着，植物-细菌之间的相互作用远比“细菌释放磷、植物被动吸收”复杂得多——它依赖于植物与细菌之间的主动对话。

文章模式图（图源自Cell ）

苹果酸：植物的“求助信号”

研究团队对一株名为Acinetobacter guillouiae R1280的促生细菌进行了深入分析。他们发现，缺磷的拟南芥根系会大量分泌苹果酸——这种有机酸并非直接用于溶解土壤中的磷，而是作为一种化感信号，通过趋化作用主动吸引R1280进入根际平面。

根际平面：磷交换的热点区域

到达根际后，R1280改变了生活方式：它利用根系分泌物中的氮和碳源作为养料，同时高效地将无机和有机磷酸盐中的磷酸根释放出来。这些释放的磷酸根随后被细菌和植物共同吸收。关键在于，这种磷的溶解和交换发生在根际平面——植物根系与土壤的交界处——而非远离根系的土壤本体中。空间的邻近性是这一互利关系得以成立的前提：如果细菌离根太远，释放的磷会被土壤固定或被其他微生物截获，植物就无法受益。

意义

需要客观指出的是：该研究目前主要在无菌培养体系和人工土壤基质中验证，A. guillouiae R1280在真实农田土壤（存在复杂微生物竞争和原生动物捕食）中的定殖效率和促生效果仍需田间试验验证。此外，苹果酸作为“求助信号”是否适用于其他非菌根植物（如油菜、藜麦等），以及不同土壤类型中是否存在类似的植物-细菌互作机制，均有待进一步探索。对于微生物肥料产业而言，该研究提出的“溶磷能力不能单独预测促生效果”意味着传统的菌株筛选标准需要更新——应纳入植物趋化响应和根际定殖能力作为关键指标。

尽管如此，这项研究为非菌根植物的磷营养获取提供了全新的概念框架：它揭示了植物并非被动等待细菌施舍磷，而是主动通过苹果酸信号招募特定细菌到根际，建立起“我给你碳氮、你给我磷”的互利合作关系。对于全球约70%的耕地面临磷缺乏的现实而言，这一发现为开发基于植物-微生物信号交流的智慧施肥策略打开了新的大门——未来或许可以通过育种增强根系苹果酸分泌，或直接施用苹果酸趋化性强的解磷菌株，来减少磷肥施用量、提高磷利用效率。正如研究者所言，这种细菌与非菌根植物之间的互利共生策略，为理解陆地生态系统的磷循环和设计可持续农业提供了崭新的视角。

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。

参考消息：

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

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