植物根系暗藏“逃生”技能
提到植物的生长特性，大家最熟悉的就是向光性、向重力性。不管花盆怎么摆，枝叶总会朝着有光的地方伸展，埋在土里的根永远向下扎，这些被达尔文等科学家发现的经典向性生长类型延续了几百年。
但植物是不是对光、重力等物理信号以外的生物信号也可以产生响应，却鲜有研究。近日，西北农林科技大学生命科学学院教授张余周团队首次发现并定义全新植物向性运动——避腐性，揭开根系识别、逃离土壤腐败病原菌的完整分子通路，填补了植物向性生长领域长期存在的研究空白。该研究成果发表于《科学》。
植物根系避腐性示意图。受访者供图植物根系会“躲腐”
自达尔文时期起，向光性、向重力性便是植物研究的经典方向，二者均是植物针对光、重力这类物理信号做出的适应性调整。无论种子如何摆放，根始终向下汲取养分，茎干向上追逐光照。过去学界的固有认知是植物仅能响应物理信号，面对微生物等生物侵害只能被动承受抵御，无法逃避。
团队研究发现，植物根系可精准感知并定位土壤中植物腐败而形成的有害微生物富集区域，并通过定向弯曲，主动远离有害菌群，从而让自己生存下来。“不同于趋光、趋重力的趋向生长，避腐性是植物针对生物危险信号的主动逃避行为。”张余周强调。
为适配国际学术表述，团队参照向光性、向重力性英文构词逻辑，取自希腊语中代表“腐烂” 的词根，原创专属学术词汇“sporotropism”，中文直译定为避腐性，也是全球首个定义该生物行为的专用名词。
团队还发现了一个有趣的现象：根系只规避植物腐烂物，对动物腐烂物无明显回避反应。究其根源，植物主要由纤维素、木质素构成，腐烂后释放有机酸、酚酸，催生酸性土壤微环境，大幅加速致病真菌繁殖；动物组织以蛋白质、脂质为主，分解后呈弱碱性，不利于有害菌滋生。同时，降解植物组织的微生物可直接侵染活体作物，分解动物蛋白的菌群对植物几乎无威胁。这一结论也解释了农业生产中的常见现象：未腐熟植物有机肥伤苗，动物腐料危害则相对轻微。
张余周告诉《中国科学报》，植物根系整套避险流程有着清晰的分子逻辑：腐败区域真菌持续分泌酸性物质，在土壤形成pH 梯度，相当于给植物释放危险预警；根系表皮细胞的 pH 感受器捕捉酸性信号，类似动物的 “嗅觉”，判断污染源方位；信号传入细胞后转化为 ABA 逆境激素，驱动根系细胞不对称扭曲，逐步撤离危险区域。“这个 pH 感受器之前仅仅被发现是感知细胞外（质外体）的pH变化，我们第一次证实它在根系避险过程中承担核心感知功能。”张余周补充道。
张余周教授（左一）团队在实验室。受访者供图被污染的培养皿
张余周长期专注植物根系研究，日常实验主要依靠无菌培养板观测根系生长。早年做实验时，培养皿不慎被空气中杂菌污染，长出成片菌斑。“为了不干扰正常的实验样品，污染的培养基会直接丢弃，但当时我发现一个反常现象，那就是所有的植物根系统一向远离菌斑的方向弯曲生长。”张余周回忆，他没有草草丢弃实验材料，反复对照观测，确认了根系逃避菌群是一种稳定存在的生物行为。
从2022年开始，他便跟团队搭建土壤模拟系统，将此前发现反常的根系避腐现象落地到真实土壤环境，正式确立研究方向。珠拉太当时是西北农林科技大学生命科学学院的一名博士后，当她第一次在导师张余周的实验室听到植物根系避腐现象后，在兴奋和忐忑中接下了这个诱惑与挑战并存的课题。
在这之前，珠拉太手上没有太多成熟课题的经验，在导师的指引和反复尝试下，她花费半年才建立起了稳定的实验体系。“这个课题没有经验借鉴，真正开展起来会遇到各种困难，能够坚持下来是很重要的，所以我选择交给她来做。”张余周说，他在珠拉太身上看到了难得的坚韧品质。
实验初期，团队一直在筛选合适的腐烂刺激源，珠拉太至今还记得那段四处找腐烂材料的日子。她笑着回忆，甚至让师弟把刚丢掉的烂火龙果从垃圾桶里捡回来用。几经对比筛选，团队最终选定烂苹果作为实验材料，然而，每次做实验，刺鼻酸腐的气味都能把人熏得够呛。
起初，团队始终无法锁定根系感知的核心信号，先后猜测渗透压、单一有毒代谢物等可能性，均被实验推翻。“我们在培养皿上还没发现微生物，植物根系就已经开始扭曲，等于还没碰到有害微生物，植物根系就开始‘逃跑’，这个感知信号导致我们团队寻找了好久。”珠拉太回忆道。
依托代谢组、转录组多组学联合分析，团队才将突破口锁定在真菌代谢产生的酸性pH 梯度。为区分不同微生物的作用，团队分离培养上千组真菌、细菌菌株，最终确认只有真菌能大量分泌酸性物质，触发强烈避腐反应。为此，团队成员从零学习微生物分离技术，完成海量重复性实验。
无数次反复试验曾让团队倍感煎熬，当完整分子通路被成功解析时，所有人一扫压力，张余周专门组织团队成员聚餐庆祝。“科研和普通工作不同，看不到明确结果也要持续投入，能否有突破充满未知，但坚持才有希望。”张余周感慨道。
珠拉太（左三）和团队合影。受访者供图推迟的博后出站
稿件首次投稿并不顺利，审稿人认可研究的开创性，但指出证据链存在缺失，给出一年期限补充全套验证实验。团队需完整厘清两大关键问题：何种微生物诱发避险、根系依靠哪类细胞与受体感知信号。此时，珠拉太两年博士后工作到期，她选择继续攻坚一年。
最终，团队补齐了全部实验数据，二次投稿一次性通过评审。日复一日的枯燥实验中，珠拉太完整掌握了科学问题的设计与验证逻辑。“我一直相信只要摒除杂念、心怀纯粹坚持走下去，目标终能实现，这份信念支撑我在科研的道路上步履不停。”珠拉太说。
在张余周看来，科研的核心不只是产出论文，更在于培育能独当一面的青年科研人才。
这项基础理论的突破，也为农业生产带来新的思路。张余周表示，针对秸秆还田烧苗、烂根难题，这项研究能够提供优化方案：秸秆需充分粉碎、均匀混入土壤，合理控制还田总量。如果秸秆大块堆积，会形成连片酸性腐败区，根系没有避让空间，极易感染根腐病菌；分散细碎的秸秆可形成碎片化微污染源，给根系留出避险余地，从源头降低病害发生率。
在作物育种改良层面，该项研究则锁定全新分子靶点。张余周提出，通过基因编辑优化根系pH 感知受体，提升根系对酸性腐败信号的敏感度，让作物在远距离就能启动逃避机制。传统植保模式多在作物染病后喷施农药，该研究可推动防控思路转向主动预防，依靠植物自身根系避险能力减少病害，降低农药使用。
未来，团队将系统对比植物、动物两类腐熟原料对作物的差异化影响，完善实证数据，为堆肥行业提供分类处理标准。同时，团队将开展不同酸碱度土壤对照实验，探究酸性、碱性环境如何改变腐败微环境与根系避腐效果，厘清土壤本底酸碱度对根腐病害的调控机制。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adw6568
本文链接：http://www.gihot.com/show-11-36489-0.html植物根系暗藏“逃生”技能
声明：本网站为非营利性网站，本网页内容由互联网博主自发贡献，不代表本站观点，本站不承担任何法律责任。天上不会到馅饼，请大家谨防诈骗！若有侵权等问题请及时与本网联系，我们将在第一时间删除处理。
