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植物根系新向性:主动避开腐败组织的“避腐性”

植物根系新向性:主动避开腐败组织的“避腐性”

在自然界中,植物看似静止固定,无法像动物那样自由奔跑或迁移。然而,看似静态的植物体实则具备高度敏锐的环境感知与动态调控能力。植物通过根系与地上部分的定向弯曲生长来响应外界环境信号,这种行为在生物学上被称为向性运动(tropism)。例如,植物通过向光性(phototropism)捕获阳光,通过向重力性(gravitropism)引导根系深入土壤,通过向水性(hydrotropism)探寻地下水源,这些定向响应机制对植物在复杂土壤环境中的生存至关重要。

近日,国际顶尖学术期刊《科学》(Science)发表了一项关于植物行为生物学的颠覆性研究。来自中国西北农林科技大学的生物学家张裕洲(Yuzhou Zhang)团队与国际科研人员合作,发现并命名了一种前所未知的植物向性机制——“避腐性”(saprotropism),即植物根系能够主动感知并弯曲远离死亡或腐烂的植物组织,以躲避潜在的致病微生物危害。

这项重大发现源于一次意外的“失败实验”与科学家严谨敏锐的洞察力。此前,张裕洲在奥地利实验室从事植物向重力性调控机制的研究。在一次实验过程中,由于环境暴露,其中一块培养拟南芥幼苗的琼脂平板意外受到了空气微生物的污染,部分区域开始发霉腐烂。就在准备将这块废弃平板丢入垃圾桶的瞬间,张裕洲注意到一个极为反常的现象:平板中几乎每一株幼苗的根系都在接近污染变质区域时发生了剧烈弯曲,高度一致地背向腐败点延伸生长。

这种精准且一致的定向规避行为让研究人员意识到,这绝非单纯的机械阻碍或随机生长停滞,而极可能是一种植物在演化过程中形成的特定环境适应程序。在自然界中,落叶和植物遗体虽是土壤腐殖质与养分的重要来源,但在腐烂分解的初始阶段,往往也是致病真菌和细菌大量富集的“危险地带”。幼嫩植物的根系一旦直接接触这类腐烂组织,极易遭受病原菌的侵入和致命破坏。

研究团队通过后续实验证实,植物根系能够精确识别来自腐坏生物质或其伴随微生物群落释放的化学与分子信号,并通过诱发根尖生长素的不对称分布,驱动根系向远离腐烂源的方向弯曲,从而建立起地下器官的空间防御防线。这一新向性的发现,不仅丰富了经典植物生理学理论体系,更为探索植物地下微环境感知、根际微生态交互以及农作物抗根腐病育种提供了极具潜力的研究方向。


Journal Reference:
Yuzhou Zhang et al., Saprotropism: Roots bend away from decaying tissues to survive. Science (2024). DOI: 10.1126/science.adw6568

Original Article Source:
Joanna Thompson, "Plants move to get away from their decaying brethren", Scientific American.
(责任编辑:scinews)