植物生长不仅依赖阳光雨露，更与土壤中“看不见的世界”密不可分——这里生活着大量微生物，它们附着在根系上，帮助植物吸收养分、抵抗逆境。根系与微生物之间如何互动、如何协作，是科学家努力破解的“地下谜题”。近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心、植物高效碳汇重点实验室（中国科学院）周峰团队联合瑞士洛桑大学的科研人员，在国际学术期刊《科学》上发表封面论文，首次精准揭示了植物根系如何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”，破译了控制根系与微生物互动的“分子密码”。
研究团队以植物幼苗根系为研究模型，结合荧光标记的活体微生物和高分辨率显微成像技术，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。这种“定居”格局与根系内部的一道特殊屏障——凯氏带的完整性密切相关。当凯氏带结构出现“缺口”时，会造成根系内部的营养物质向外泄漏。进一步的研究证实，从这些“缺口”中泄漏出的主要营养物质是氨基酸，尤其是一种叫“谷氨酰胺”的氨基酸分子。
微生物能感知环境中的营养物质，并朝着自己“喜欢”的方向移动，这种现象称作微生物的“趋化作用”。该研究发现，根部泄漏的谷氨酰胺对微生物具有明显的趋化性，能够显著调控微生物的趋化、繁殖等行为活动。根据这些“聚居区”位置，研究人员准确绘制出根系微生物的“定居地图”。研究还显示，有益微生物即使大量“定居”，也不会损害根系，且在局部形成高密度定植时能够显著促进根系的生长发育和养分吸收。然而，若是病原微生物大量繁殖，则会严重危害根系及植株的整体健康。这一现象突显了凯氏带作为一道“智能闸门”的关键作用：通过稳定根系内部的营养物质，防止随意泄漏，从而维持根际微生物群的健康平衡。
该研究不仅首次从微观层面揭示了植物通过局部氨基酸释放调控根系微生物空间分布的精密机制，也为农业可持续发展提供了全新思路：未来或可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。尤为重要的是，该策略对增强土壤碳汇功能同样具有重要意义，为发展“固碳增汇”型绿色农业提供了理论依据和技术途径。
