Cell：周俭民/白洋/刘栋合作，发现植物联合根际细菌“制造磷肥”

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

植物与根际细菌群落之间的密切关系被认为在植物适应不良环境胁迫（例如营养缺乏）方面发挥着至关重要的作用。植物生长所必需的大量营养元素之一——磷（P）的可利用性存在严重不足。尽管土壤中磷含量丰富，但其主要以植物无法吸收的形式存在（例如不溶性无机磷酸盐和有机磷酸盐）。因此，在大多数自然和农业土地上，植物主要吸收的正磷酸盐或无机磷酸盐（Pi）的含量十分有限。

许多陆生植物会招募丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal，AM）真菌，从土壤中获取有限的无机磷酸盐（Pi）。相比之下，非菌根植物（例如拟南芥）如何与微生物相互作用以应对磷缺乏，目前了解甚少。内生土壤真菌 Colletotrichum tofieldiae 可被拟南芥招募，以促进磷的吸收。在细菌方面，尽管根际微生物群落中超过 95% 为细菌，但植物与根际细菌之间的有益互作仍鲜有研究。磷缺乏会显著调控根际微生物群落的组成。已有报道指出，伯克霍尔德菌（Burkholderia）可定殖于根部，加剧植物的磷饥饿状况。还有某些土壤细菌能够溶解无机磷或矿化有机磷。然而，缺磷的根系是否以及如何与这些细菌建立互利关系以促进磷营养，目前尚不清楚。

2026 年 8 月 19 日，崖州湾国家实验室/中国农业大学周俭民团队联合北京大学生命科学学院白洋‌团队及清华大学生命科学学院刘栋团队（王永进、高初蕾为论文共同第一作者为论文第一作者），在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Mutually beneficial interactions between bacteria and Arabidopsis promote phosphorus nutrition and growth 的研究论文。

该研究揭示了细菌与拟南芥之间的互利互作促进磷营养和生长。约 20% 的根际相关细菌以宿主依赖的方式促进拟南芥幼苗在缺磷条件下的生长。进一步分析表明，缺磷植物会分泌苹果酸，吸引不动杆菌属细菌聚集到根表，这些细菌利用植物分泌的氮源和碳源来促进磷的活化，从而实现互利共生。

在这项最新研究中，研究团队对根际细菌微生物组成员进行了表征，发现其中许多可能与模式植物拟南芥协同作用，促进拟南芥幼苗的磷营养和生长。深入分析进一步揭示了拟南芥与不动杆菌（Acinetobacter）在缺磷条件下存在复杂的相互作用。缺磷根系分泌的苹果酸并非直接参与磷的开采，而是作为一种求救信号，吸引细菌聚集到根表层。在此处，不动杆菌采取共生的生活方式，利用宿主提供的养分高效活化原本植物无法获取的磷。该研究还显示，根表层（而非周围环境）是植物和细菌共同获取磷的热点区域。该互作发生在细菌群落背景下，并在贫磷土壤中发生。此外，不动杆菌在菌群和土壤中依然能发挥对植物的低磷促生作用，展现出潜在应用前景。

具体来说，在缺磷条件下，拟南芥根系分泌苹果酸作为求救信号，通过趋化作用精准招募特定的不动杆菌在根表定殖。定殖后，这些不动杆菌与植物互利共生，它们一利用根系分泌的碳氮养分维持自身生命活动，同时，它们特异性表达葡萄糖脱氢酶基因 gcd 和碱性磷酸酶基因 phoD，可分别从无机磷源和有机磷源中释放磷酸根离子，供植物以及自身利用，从而建立起低磷生境下的互利共生关系。值得注意的是，这种互利关系只有在距根表约 1 毫米的范围内才能建立，凸显了根表生态位对“就近供给、高效利用”的保障作用。

该研究首次发现了植物（非菌根植物）与细菌之间的低磷共生关系，可有效促进植物的磷营养吸收。这一发现打破了“植物低磷共生仅依赖真菌”、“细菌独立溶磷，植物坐享其成”和“植物分泌有机酸溶磷”的传统认知，为理解根际微生物功能提供了全新视角，也为生物磷肥的研发提供了优良的菌株资源。

该研究的核心发现：

• 磷限制条件下拟南芥根部分泌苹果酸以招募不动杆菌；

• 根际定殖的不动杆菌采用有利于磷稳态的生活方式；

• 根际表层是磷营养互利互作的关键部位；

• 在磷缺乏条件下，拟南芥根际细菌普遍存在促进生长的现象。

论文链接：

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