中新网上海10月3日电(记者 郑莹莹)北京时间10月3日凌晨，中国科学院分子植物科学卓越创新中心周峰研究团队，联合瑞士洛桑大学的科研人员在国际知名学术期刊《科学》(Science)上发表了一篇封面文章。该研究首次精准揭晓植物根系引导微生物在其表面“安家”的奥秘，绘制出根系微生物的“定居地图”。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心周峰研究团队。(中国科学院分子植物科学卓越创新中心周峰研究团队供图)
揭晓微生物“安家”奥秘
在采访中，中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员周峰把根系微生物称为一种生命活动的“暗物质”。
大量微生物附着在根系上，帮助植物吸收营养和抵抗逆境。然而，由于土壤的“黑暗环境”，根系与微生物之间如何互动很难被直接观测。
中瑞两国研究团队以植物幼苗根系为研究模型，发现微生物在根系表面的“定居”并非杂乱无章，而是呈现有规律的空间分布。
科研人员进一步研究发现，根系有一道“智能闸门”，叫凯氏带。当凯氏带结构出现“缺口”时，会造成根系内部的氨基酸等营养物质向外泄漏，其中又以一种叫谷氨酰胺的氨基酸分子为主。
据周峰介绍，微生物能感知环境中的营养物质，并奔向有营养物质的地方，这就是微生物的“趋化作用”。作为一种营养物质，根部泄漏的谷氨酰胺能吸引微生物“趋化”，显著调控微生物的繁殖等行为活动。
“凯氏带屏障非常重要，它要打开一定的缺口，来‘招募’一些共生菌，以促进植物生长。”周峰说。
通过凯氏带，植物得以稳定根系内部的营养物质，并防止其随意泄漏，以控制病原微生物的过量繁殖，从而维持根际微生物群的健康平衡。
在应用意义方面，这项研究提示可以通过设计氨基酸类微生物肥料，精准引导有益菌群定植，显著提高作物养分吸收效率和抗逆能力。
中瑞两国科研团队合作论文登上《科学》封面。(中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图)
封面文章后的科研启迪
此次论文是一篇封面文章，而它的背后还有一个小故事。
封面图片展示了一株荧光标记的植物根系，中间暗处是侧根伸出的位置，围绕侧根处从黄色、橙色渐变到红褐色的是微生物。
一开始学生拍到这张照片时，周峰觉得并不完美，因为侧根处细胞幼嫩，在快速分裂，拍出来的细胞轮廓不够清晰，整体偏暗。
但当他回到家把照片给家中两个年幼的孩子们看，想听听他们的意见时，上幼儿园的女儿觉得侧根处像“膝盖发炎了”，读小学的儿子觉得像个“黑洞正在吞噬周围物质”。
“那个时候，我发现不同的人看这张照片，感觉不太一样。这也许就是这张封面图片的魅力所在。”他说。
于是他决定试试，用这张照片投了《科学》的封面图片，没想到约一个星期后就收到肯定回复，称图片效果非常漂亮和独特。
周峰团队从2020年启动这一研究，5年拍了几千张照片，这张封面文章图片给他的启迪如同科研一样——一种不确定性。
就像他一开始并没有想到吸引根系微生物“趋化”的物质不是大家都认为的糖类，而是氨基酸，还是某一种而非多种氨基酸。
“科研一般只会设定一个大方向，但结果通常是未知的。探索科学奥秘的这种不确定性，才是我们科研人真正的乐趣所在。”他说。
这项研究首次在微观的细胞学水平上阐明了植物营养物质特别是谷氨酰胺如何驱动根系微生物在空间定植，是一项有原创意义的基础科研。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心正着力吸引更多在原创科研上探索的青年力量。
“我们鼓励大家出原创性的重要成果，不要急于求成。”中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心主任韩斌说。
此项研究也结合了中瑞两国科研团队力量。研究始于多年前周峰在瑞士洛桑大学尼科·格尔德纳(Niko Geldner)教授实验室进行博士后研究时获得的初步发现。那时周峰就发现，根系不同位置定植的微生物量差异很大。
尼科·格尔德纳在此次视频分享中表示，这项突破性发现离不开瑞中两国实验室的紧密协作，两个团队的合作带来了单靠一方无法实现的合作网络与科研条件。(完)
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