植物根系与微生物在土壤中的“隐秘对话”，长久以来因观测手段受限而蒙着神秘面纱。近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心与瑞士洛桑大学联合团队，在国际顶级学术期刊《科学》发表封面研究，首次以微观视角破解了两者互动的“分子密码”，绘制出微生物在根系表面的“定居地图”。
这项突破源于2018年春天的一个实验灵感。当时，研究团队负责人周峰在固体培养基中观察微生物与根系的结合特征时发现，细菌因移动受限难以呈现动态分布。他随即尝试将培养基改为液体环境，结果观察到细菌迅速向根系聚集，且在根表形成明显的空间差异。这一发现颠覆了传统认知——微生物在根系表面的分布并非随机，而是遵循特定规律。
通过荧光标记与高分辨率显微成像技术，团队发现微生物的“聚居”模式与根系内部的凯氏带结构密切相关。凯氏带作为根系的重要屏障，原本可阻止内外物质交换，但当侧根从主根分生时，其屏障会出现短暂“缺口”，导致根系内的氨基酸外泄。研究显示，外泄的氨基酸中80%为谷氨酰胺，这种物质如同根系发出的“定位信号”，引导微生物向特定区域迁移。
“微生物对营养物质的感知能力决定了它们的分布。”周峰解释，若微生物丧失识别氨基酸的能力，便会“迷失方向”，无法准确定位。基于这一机制，团队首次绘制出微生物在根系表面的“定居地图”，揭示了两者互动的微观规律。
微生物的“定居”质量直接影响根系健康。研究发现，有益微生物的大量聚集不仅不会损害根系，反而能促进其生长和养分吸收；而病原微生物的过度繁殖则会危害植株。这一发现为农业可持续发展提供了新思路：通过设计氨基酸类微生物肥料，可精准引导有益菌群吸附在根系周围，提升作物抗逆性与养分利用效率。
论文通讯作者周峰年仅四十余岁，其博士期间的研究曾获中国科学十大进展，此次又因该成果获得植物学领域首个“本源公益-青年PI助研金”生命科学奖。谈及研究成为《科学》封面论文的契机，他分享了一个有趣的故事：在数千张实验图片中，一张侧根细胞轮廓模糊的照片最初并未被团队看好，但周峰询问子女意见时，上幼儿园的女儿形容其“像膝盖发炎”，上小学的儿子则觉得“像黑洞吞噬光线”。这种独特的视角打动了《科学》杂志编辑，最终该图被选为封面。
