众人皆知，根系乃是植物的“基石”，根系亦是植物的“大脑”。老祖宗给我们留下了“根深叶茂”这一成语，老祖宗还留下了“本固枝荣”这一成语，这两个成语点明了根系的重要性。健康的根系直接决定农作物的产量，健康的根系直接决定农作物的抗性，健康的根系对土壤碳汇功能有着重要影响。
科研工作者越来越清晰地发现，根际微生物属于地球生命活动里关键的构成部分。可是，像离子组、代谢组、宏基因组等目前根系与微生物相互作用的研究方式都有着局限性。
北京时间，今天凌晨，具体是10月3日凌晨，中国科学院分子植物科学卓越创新中心，以及植物高效碳汇重点实验室，该重点实验室为中国科学院的重点实验室，周峰团队和瑞士洛桑大学的科研人员联合起来，在国际顶尖学术期刊《科学》上发表了封面论文，首次精准地揭示了一种奥秘，这种奥秘是关于植物根系如何引导微生物在其表面“安家”的，还绘制出了根系微生物的“定居地图”，并且破译了控制根系与微生物互动的“分子密码”。
文章封面图
研究团队将植物幼苗根系当作研究模型，结合荧光标记的活体微生物，还结合高分辨率显微成像技术，发现微生物于根系表面的“定居”并非毫无秩序，而是呈现出有规律的空间分布，这种“定居”格局跟根系内部的一道特殊屏障紧密相关，这道特殊屏障就是凯氏带，且与凯氏带的完整性密切相关。
从科研人员所展示的图片实施查看，凯氏带属于类似长方形样子的连片以及带状结构。“当凯氏带结构出现‘缺口’这种状况的时候、会致使根系内部的营养物质朝着外面进行泄漏。”周峰研究员告知新民晚报记者，“从这些‘缺口’里面泄漏出去的主要营养物质为氨基酸，特别是一种被称作谷氨酰胺的氨基酸分子其泄漏量是最多的。”
微生物能够感知环境里的营养物质，并且朝着自身“喜欢”的方向进行移动，上述这种现象便被称作微生物的“趋化作用”，在此次研究当中，根部所泄漏的谷氨酰胺对于微生物来说具有明显的趋化性，其能够显著调控微生物的趋化行为以及繁殖等行为活动。
是不是微生物和人一样，会因甜食 —— 糖，进而产生趋化作用呢，我们原本是这么认为的，至于后来，是借助质谱检测方法才发觉，驱使微生物向其移动的是谷氨酰胺。周峰补充讲道，根系内部的维管组织里存在常见的20种氨基酸，然而只有含量最大的谷氨酰胺方可吸引微生物，这使我们感到特别神奇。
研究还发现，侧根属于根系结构关键构成部分，侧根从主根生长出来时，致使凯氏带屏障出现“缺口”，使得谷氨酰胺局部发生泄漏，这就好像根系定点发射的“信号弹”，微生物察觉这些信号后，会自动趋向此地，引导它们于根系表面构建有规律的“聚居区”，要是微生物自身丢掉感知氨基酸的能力，就容易“迷失方向”，没法精准找到“定居点”，所以，依据这些“聚居区”位置，研究人员精准绘制出根系微生物的“定居地图”。
土壤之中，微生物种类繁杂众多，其中既有有益的微生物，又存在着少量的病原微生物，那么是否微生物“定居”数量越多，根系便会越发健康呢？研究表明，有益微生物即便大量“定居”，也不会对根系造成损害，并且在局部形成高密度定植之时，能够明显促进根系的生长发育以及养分吸收，然而，要是病原微生物出现大量繁殖的情况，就会严重危害根系以及植株的整体健康。。这一现象突显了凯氏带的关键作用，凯氏带作为一道“双向守门员”，它通过稳定根系内部的营养物质来防止其随意泄漏，进而维持根际微生物群的健康平衡。
根系局部释放的谷氨酰胺调控根系微生物的空间定植模式
周峰表示，研究揭示了凯氏带屏障在调节微生物定植方面的重要功能，凯氏带屏障在菌群结构组成方面有重要功能，凯氏带屏障在促进根系生长方面有重要功能；研究首次在微观水平阐明了植物营养驱动根际微生物空间定植的信号识别机制。
今后，科研工作者有希望经由设计氨基酸类微生物肥料，精确引导有益菌群进行定植，明显提升作物养分吸收效率以及抗逆能力。与此同时，研究还为发展“固碳增汇”型绿色农业给出了理论依据以及技术途径，助力达成“双碳”目标之下的农业绿色转型。
周峰着重作出强调，上海有着相应的研究团队，该团队与瑞士方面的科研团队维持了高效且又密切的合作关系，这种合作关系已经持续了长达五年的时间，如此这般的所谓“强强联合”，乃是研究成果能够登上国际顶级刊物封面的不可或缺的必要条件。
