植物铁载体如何塑造植物与微生物的根际对话？

植物的根系会向根际空间释放一系列的分泌物。这些根系分泌物作为植物与土壤环境之间的“中介”，能够显著的改变根系所处的生长环境。这一过程不仅有助于植物更高效地吸收各类养分，还能对根际微生物群落的结构进行精细调控。禾本科作物在面临缺铁困境时，进化出一种独特的生理机制—特异性地分泌植物铁载体。2´-脱氧麦根酸（DMA）便是一种常见的植物铁载体。DMA能够高效地活化土壤中难以被植物直接吸收利用的难溶性铁，并通过螯合作用将其转化为可被植物吸收的形式，进而被玉米、花生等多种植物所吸收利用，保障植物在缺铁环境下的正常生长。然而，尽管DMA在帮助植物应对缺铁胁迫方面具有重要作用，但目前关于它如何对根际微生物群落组成进行调控的研究却十分匮乏。此外，DMA自身存在一些局限性，例如其化学性质不稳定、生产成本较高等，这在很大程度上限制了它在农业生产等领域的广泛应用。近年来科研人员通过不懈努力，成功合成了一种DMA的类似物—脯氨酸-2´-脱氧麦根酸（PDMA）。PDMA解决了DMA所面临的上述问题，同时又保留了DMA活化土壤养分的重要优势。基于此，利用PDMA深入探究在植物铁载体的影响下，根际微生物群落结构的响应过程，无疑具有重要的科学意义。这一研究将有助于我们更全面、深入地理解植物根际养分高效利用的复杂过程，为农业生产中提高植物养分吸收效率提供理论支持。

左元梅教授团队研究发现，PDMA对根际微生物群落组成产生了显著影响。首先，当根施PDMA后，在微生物群落的门水平上，花生根际放线菌门显著富集；在属水平上，富集的11个属当中，有6个属归属于放线菌门。进一步的相关性分析结果显示，花生根际放线菌门及其中诸多属水平的相对丰度与植物以及土壤中微量元素的有效性之间，存在着明显的正相关关系。尤其是Cellulosimicrobium和Marmoricola两个属，可能与根际土壤中铁、锌等微量元素的活化过程密切相关。从网络分析结果来看， PDMA施用使微生物网络中的各节点之间呈现出高度互联的状态，其内部网络结构紧密相连。同时，PDMA能够显著增强环境信息处理过程、细胞过程以及遗传信息处理过程。在2级途径分析结果中可以看出，PDMA处理还增强了外源物质的生物降解和代谢、信号传导和细胞过程以及膜运输等多种重要功能。

本研究阐明了PDMA的施用会在根际形成紧密而稳定的微生物网络，并促进微生物之间的相互交流。揭示了PDMA能够介导植物与根际有益细菌之间的动态关联，展现出作为一种新型功能肥料的巨大开发潜力。

该研究已发表于《农业科学与工程前沿》（英文）期刊2025年第12卷第1期，DOI: 10.15302/J-FASE-2023531。