摘要：这位回国仅五年的科学家，带领国际合作团队完成了这项历时五年的研究，不仅阐明了植物调控根际微生物的分子机制，更为破解化肥滥用难题、推动农业可持续发展提供了全新思路。

农业生产中一个普遍的困境始终存在：化肥施用量逐年增加，土壤肥力却持续下降，作物生长反而不如从前。

这一现象的根源，藏在植物根系与土壤微生物的复杂互动中，这个被称为“地下黑箱”的系统，人类多年来始终未能彻底洞悉。

直到中国科学院分子植物科学卓越创新中心周峰团队的研究成果登上《科学》封面，这层神秘面纱才被正式揭开。

这位回国仅五年的科学家，带领国际合作团队完成了这项历时五年的研究，不仅阐明了植物调控根际微生物的分子机制，更为破解化肥滥用难题、推动农业可持续发展提供了全新思路。

植物根系周围生存着海量微生物，过去学界普遍认为它们的分布是随机无序的，周峰团队通过创新性技术手段，首次清晰呈现了微生物在根系表面的分布规律。

研究采用荧光标记技术与高分辨率显微成像技术相结合的方法，类似给微生物装上“荧光追踪器”，再通过高倍显微镜捕捉其运动轨迹，最终绘制出微生物在根系的“定居地图”。

这张“地图”的形成，与根系中的凯氏带结构密切相关，凯氏带是根系内皮层的特殊结构，如同一道严密的屏障，负责阻隔根系内外的物质交换。

但当侧根从主根萌发时，这道屏障会暂时出现“缺口”，导致根系内部的营养物质向外泄漏。

团队最初推测泄漏的可能是糖类物质，这类物质常被认为是吸引微生物的主要信号，但检测结果却颠覆了这一认知：泄漏物质中80%是谷氨酰胺，一种常见的氨基酸。

谷氨酰胺在根系周围形成了独特的化学浓度梯度，就像植物向微生物发出的“定位信号”。

土壤中的微生物通过自身的趋化受体感知到这一信号后，会顺着浓度梯度向根系移动，最终在侧根周围聚集形成稳定的微生物群落。

如果微生物丧失了感知氨基酸的能力，就无法精准找到根系的“定居点”，这一发现彻底改写了人们对植物与微生物通讯方式的传统认知。

这种信号引导机制对植物健康而言具有明显的双重影响，有益微生物聚集后，并不会对根系造成损害，反而能通过多种途径促进植物生长。

它们有的能固定空气中的氮元素，有的可将土壤中难以吸收的磷元素转化为可利用状态，还有的能分泌植物激素，从多个维度提升根系的养分吸收能力与生长活力。

但这一机制也可能带来风险，土壤中的病原微生物同样能感知谷氨酰胺信号，一旦它们大量聚集，就会引发植物病害。

这一“双刃效应”凸显了根际微生态平衡的重要性，也为农业管理指明了新方向，通过调控微生物群落构成，放大有益作用、抑制有害影响。

该研究对土壤碳循环的影响更具深远意义，有益微生物的定植能促进根系发育，使根系分泌物与残体的输入量显著增加，为土壤有机碳库提供了重要来源。

同时，微生物的代谢活动能减缓有机碳的分解速度，延长碳元素在土壤中的留存时间，这一过程与其他植物-微生物固碳机制具有相似的生态逻辑，为农田土壤碳汇能力提升提供了新的理论依据。

在农业应用层面，这一发现为微生物肥料的升级提供了精准靶点，传统微生物肥料的施用方式缺乏针对性，如同“撒胡椒面”般广泛播撒，有益微生物难以高效抵达根系位置，导致效果受限。

基于谷氨酰胺介导的定植机制，科研人员可开发特异性氨基酸类肥料，为有益微生物提供“导航信号”，引导其精准聚集于根际区域。

这种精准调控策略具有天然的优势，谷氨酰胺是植物氮代谢中的核心分子，其在根际的泄漏是普遍存在的生物学现象。

通过人工调节这一自然过程，既能实现对根际微生态的定向管理，又不会干扰植物的正常生理活动，具备良好的应用安全性。

对中国农业而言，这项技术的价值尤为突出。

我国化肥使用量居世界首位，但利用率却相对较低，氮肥利用率通常仅在30%-40%之间，未被吸收的部分会随雨水流失，造成土壤酸化、水体富营养化等环境问题。

若能通过精准微生物肥料减少化肥施用量，不仅可降低农业面源污染，还能提升土壤肥力与作物产量，实现生态效益与经济效益的统一。

这项成果的诞生，离不开深度的国际合作，周峰团队与瑞士洛桑大学NikoGeldner团队的协作，充分整合了双方的技术优势。

早在2018年，周峰就曾通过液体培养基实验观察到细菌向根系聚集的现象，这为后续合作奠定了基础。

两个团队在研究中分工协作，共同攻克了微生物定位观测、信号分子鉴定等多个技术瓶颈，体现了现代科学研究的国际化特征。

研究的成功，也反映出中国植物科学领域研究实力的显著提升。

从荧光标记技术的优化到高分辨率成像的实施，从海量数据的分析到理论体系的构建，团队展现出与国际先进水平接轨的科研能力。

这种实力的背后，是我国科研基础设施的持续完善，高分辨率显微成像系统等前沿设备的普及，为这类微观层面的研究提供了硬件支撑。

周峰回国五年即取得重大突破的经历，也成为海外人才回流发展的典型案例。

这一成果的产生，印证了我国科研环境的改善与政策支持的有效性，更凸显了“本土培养+海外经历”相结合的人才模式在推动科技创新中的积极作用。

从更宏观的视角看，这项研究集中体现了现代科学的发展特征：跨学科的技术融合（生物学与成像技术结合）、国际化的科研协作、长期性的潜心投入以及创新驱动的研究导向。

中科院植物科学领域近年的发展数据也印证了这一趋势，近五年已发表SCI论文2319篇，其中在Cell、Nature、Science等顶级期刊发表20篇，显示出持续稳定的创新能力。

如今，根系周围的微生物世界不再是杂乱无章的“散兵游勇”，而是由植物精准调控的“协作网络”周峰团队的研究，如同为人类配备了“微观望远镜”，让我们得以看清植物与微生物之间的通讯密码。

虽然从实验室成果到田间应用仍需时日，但技术转化的方向已经明确，未来，依托这一分子机制开发的精准农业技术，有望让化肥施用从“大水漫灌”转向“精准滴灌”。

这不仅是基础科学领域的重大突破，更为中国农业的绿色转型、可持续发展注入了强劲动力。

在全球面临土壤退化与气候变化双重挑战的今天，这样的研究成果具有超越国界的价值。

它证明了通过解析生物间的自然互动机制，能够找到生态与生产协同发展的解决方案，而这正是现代农业科学最值得探索的方向之一。

来源：科技美南