植物和根系微生物群在养分利用中如何相互影响？

植物根系是一个复杂且动态的生态系统，容纳了多种微生物，包括细菌、真菌、古菌和原生生物等，这些微生物共同构成了根系微生物群。根系微生物群对植物的生长发育、健康状况以及对环境的适应能力有着深远影响。那么，植物是否也会对根系微生物群产生作用呢？如果有，二者之间又是怎样相互影响的呢？

北京大学的白洋研究员及其研究团队深入探讨了这一问题。相关成果近日发表于《农业科学与工程前沿》（英文）期刊（DOI: 10.15302/J-FASE-2024595）。

研究发现，土壤养分状况显著影响根系微生物群的组成。例如，长期施用氮肥会改变土壤微生物群落结构，由于氮源充足，固氮微生物数量减少，而偏好利用现有氮源的硝化、反硝化细菌则显著增加。增加磷肥的施用，能够刺激解磷细菌和菌根真菌的大量繁殖。这些微生物能够将土壤中难以被植物吸收的磷转化为可利用形态，从而显著提高植物对磷的吸收效率。

此外，植物的养分相关基因也参与调控根系微生物群。当植物面临养分胁迫时，特定基因会被激活，从而改变根系分泌物的成分与数量。以磷饥饿为例，植物体内的相关基因启动后，促使根系分泌更多有机酸。这些有机酸不仅能够酸化土壤，溶解难溶性磷，还能作为信号分子，吸引解磷微生物在根系周围聚集，形成互利共生关系，帮助植物获取更多的磷元素。

另一方面，根系微生物群能有效提高植物养分有效性。固氮微生物可将空气中的氮气转化为植物可直接利用的氨，从而减少农业生产过程中对化学氮肥的依赖。解磷微生物则通过分泌磷酸酶和有机酸，释放土壤中被固定的磷，供植物吸收利用。同时，微生物产生的多种植物激素能够调节植物根系的生长发育，使根系更加发达，进一步增强植物对养分的吸收效率。

该研究表明，植物与根系微生物群在养分利用方面存在着复杂而紧密的相互作用。环境养分条件和植物养分相关基因共同调控着根系微生物群的组成和组装，而根系微生物群通过提高养分有效性和调节植物激素等方式，显著影响植物的养分利用效率。