植物根系也有“嗅觉”：中国科学家发现植物根系存在“避腐性”

IT之家 7 月 11 日消息，据新华社，西北农林科技大学生命科学学院张余周教授团队于北京时间 7 月 10 日在《科学》上发表了一项突破性研究成果。该研究首次发现并系统定义了一种植物根系的全新向性运动 ——“避腐性”（Saprotropism）。这一发现填补了植物根系如何主动感知并规避土壤中由腐烂植物组织形成的病原微生物富集区的学术空白。生物腐烂是生态系统养分循环的关键过程，但腐烂区域同时也是病原微生物高度活跃、可能对活体植物造成侵害的“危险区”。动物通常会主动远离腐烂物以减少感染风险，而无法移动的植物如何应对，此前一直是一个重要的学术谜题。张余周教授团队通过大量实验证实，当植物根系接触腐烂的植物组织时，生长会迅速受到抑制甚至停止，与生物胁迫、病原防御和免疫响应相关的基因被显著激活。面对局部腐败区域，植物根会主动偏离重力方向，向绕开植物腐烂物的方向弯曲生长。这种现象在拟南芥、油菜、番茄和小麦等单双子叶植物中广泛存在，表明“避腐性”可能是植物界一种普遍存在的生存策略。研究进一步揭示了这一“嗅觉”背后的化学密码。团队发现，定殖于植物腐烂物上的真菌在分解过程中会释放大量有机酸和酚酸等酸性代谢物。这些物质在周围土壤中形成了一个稳定且不受降雨等环境因素干扰的局部酸性微环境，成为引导根系躲避腐烂区的核心方向信号。在分子机制层面，根表皮细胞通过“RGF-RGFR 肽-受体 pH 感应模块”感知这种酸性信号。该信号被感知后，会转化为植物体内脱落酸（ABA）的不对称分布，进而调控微管重排和表皮细胞的手性扭转，最终驱动根定向弯曲、远离腐败区域。值得注意的是，这一机制不依赖经典的生长素调控模型，拓展了人们对植物向性调控网络的理解。一个有趣的发现是，植物的这种回避反应具有高度的特异性：根系仅对植物来源的腐烂物产生“避性生长”，而对动物腐烂物则无此反应。张余周教授表示，这暗示动物腐烂物可能对植物根系不会产生伤害。该成果发表后，《科学》杂志的审稿人评价其为“植物根系向性生长领域的一项开创性工作”。这项研究由西北农林科技大学生命科学学院博士后珠拉太和博士生王慧慧担任共同第一作者，张余周教授为独立通讯作者。研究得到了教育部基础学科与交叉学科突破计划、国家自然科学基金等项目的资助。该发现为精准农业提供了从“被动治疗”转向“主动预防”的全新思路。一方面，可为秸秆还田等栽培措施提供理论指导，通过合理还田方式为根系留出避让空间；另一方面，为作物育种提供了新靶点，未来有望通过基因编辑等手段培育根系“避腐”能力更强的“智慧型”作物品种，从源头预防未腐熟秸秆对作物产生的“烧苗”和烂根病。IT之家附论文地址：https://doi.org/10.1126/science.adw6568