近日，《农业科学与工程前沿》(英文简称FASE) 出版了2025年第1期题为“根际生命共同体与养分高效”的专辑，中国农业大学资源与环境学院袁力行教授和张林教授组织了本期专辑。本期专辑共收录9篇文章，围绕根际生命共同体理论创新，系统探讨了植物与微生物互作机制在养分高效利用中的作用机制及调控途径，涵盖植物–土壤–微生物交叉创新领域的多个研究方向，旨在为农业绿色发展和可持续生产提供理论支撑与实践策略，全力推进绿色梦想“121”行动。

· 专 辑 概 述 ·

提高养分利用效率是农业生产和绿色发展面临的重大问题，需要系统发挥植物及其第二基因组–微生物组生物学潜力。针对这一问题，张福锁院士团队提出“根际生命共同体 (Rhizobiont)”学术思路，通过构建“植物–根系–根际–菌丝际–土体及其微生物”根际生命共同体理论体系，突破植物–微生物、微生物–微生物关键界面互作机制，阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用机制，建立共同体多界面互作增效的生物学调控新途径。根际生命共同体理论开辟了植物–土壤–微生物交叉创新领域，有助于破解粮食安全、资源高效、环境保护多目标协同的难题，支撑我国农业绿色发展，是绿色梦想“121”行动的核心理论基础。在此背景下，FASE特组织“根际生命共同体与养分高效”专刊，总结该领域近年来新进展。本专刊下设三个主题：(1) 根际生命共同体关键界面互作与养分高效；(2) 根际生命共同体系统增效机制；(3) 养分高效的生物学调控途径。植物根系对土壤中养分的吸收至关重要。氮是植物重要的养分元素，在植物高效利用氮的机制方面，刘修杰等人 总结了植物如何感知局部和系统氮信号并将其传递到下游的途径。他们建议，为充分了解氮依赖的根系形态发生机制和有效鉴定与作物根系结构表型相关的基因位点，未来应更多关注根系性状的非破坏性原位表型、对基因功能的细胞特异性探索以及根系结构、环境和管理之间的相互作用。植物与丰富多样的土壤微生物群体之间存在着复杂的相互作用，这些微生物对提高植物的养分效率起着至关重要的作用。徐浩然等人总结了与植物营养相关的环境条件及基因，指出这些因子在调节根系微生物群落的组成中发挥着关键作用。作者强调，诸如微生物组基因组学和微生物组广泛关联研究等创新性分析方法，极大地推动了我们对植物与根系微生物群落之间相互关系的理解。这些方法系统性地揭示了根系微生物群落与植物营养利用之间的深层次联系，为根系微生物群落在农业中的应用提供了坚实的理论支撑。何晓明等人 回顾了作物驯化与改良 (杂种优势) 如何影响根系特征及其微生物群落的结构与功能。更进一步，他们探讨了作物驯化与改良如何通过基因调控、根系结构和功能的变化，以及根系分泌物特征的调整，潜在地重塑根系与微生物群落之间的相互关系机制。丛枝菌根真菌可以与陆地上三分之二以上的植物形成共生关系，在植物间的地下交流中发挥重要作用。马晓凡和Erik LIMPENS 综述了基于植物间信号物质而普遍存在的菌丝网络对于植物抵抗病虫害、草食性伤害以及机械损伤的重要性。未来应探究潜在的转运途径，真菌是否可以促进信号在菌丝网络中传递，以及信号交换背后的驱动因素。段世龙等人分析了植物从土壤中有效获取磷的根系途径与菌根途径之间的相互作用，阐明了根系途径和菌根途径之间存在基于碳输入和磷获取的潜在权衡关系；菌根真菌可以感知土壤磷的异质性，并释放分泌物招募解磷细菌；在土壤有机磷斑块中菌根真菌和土壤细菌之间也存在着碳磷互惠的共生关系。基于根际生命共同体理论，未来如何利用生物学调控来提高作物养分利用效率具有重要意义。王利阳等人表明可通过局部施肥引起的级联放大来促进根际土壤-植物-微生物之间的相互作用。局部施肥诱导的根系养分觅食的增量放大通过根系形态改变导致的吸收面积增加、根系生理过程增强导致的矿化能力提高，以及土壤微生物的选择性刺激导致的地下相互作用加强来实现。王天琪等人发现2'-脱氧麦根酸 (一种植物铁载体) 可促进有益的根际细菌群落形成，从而提高花生微量营养。刘莹等人研究了微生物接种剂、纳米肥料和生物炭的组合，认为这是提高土壤健康、作物生产力和环境可持续性的一种有前景的策略。Tarekegn Y. SAMAGO和Felix D. DAKORA 研究表明，结合使用根瘤菌接种和低磷施用可增加埃塞俄比亚四季豆 (Phaseolus vulgaris) 的植株生长、根系根瘤和产量。这些都是根际生命共同体生物调控的典型案例。

来源: Engineering前沿