磷是植物生长发育必需的大量元素。然而，农田土壤中绝大多数磷以难溶形态存在，植物难以直接吸收利用；磷肥利用率低，过量施用还会引发资源紧张、土壤板结、水体富营养化等一系列问题，是农业绿色可持续发展面临的重大挑战。部分植物虽可通过与丛枝菌根真菌共生获取磷素，但十字花科等植物无法与之互作。土壤中许多细菌虽具有溶解无机磷或矿化有机磷的潜力，植物是否可以与溶磷细菌形成互利共生关系，在低磷环境中“自救”，一直是悬而未决的科学问题。
2026年8月18日，崖州湾国家实验室周俭民团队、北京大学白洋团队与清华大学刘栋团队合作在Cell在线发表了题为Mutually beneficial interactions between bacteria andArabidopsispromote phosphorus nutrition and growth的研究论文。
该研究发现，约20%的拟南芥根系细菌具备低磷促生能力，且其促生作用并不单纯依赖细菌自身的溶磷能力，暗示植物与细菌之间的互作才是其中的关键。研究进一步揭示了一个精巧的合作机制：缺磷时，拟南芥根系分泌的苹果酸在无菌条件下并不能直接溶解磷素，反而白白消耗光合产物；而当环境中存在细菌时，苹果酸便化身“求救信号”，通过趋化作用精准招募特定的不动杆菌（Acinetobacter）在根表定殖。定殖后，不动杆菌开启与植物共生共赢的模式：一方面利用根系分泌的碳氮养分维持生命活动，另一方面特异表达葡萄糖脱氢酶基因gcd和碱性磷酸酶基因phoD，分别从无机磷源和有机磷源中释放磷酸根离子，供植物与自身共享，从而建立起低磷生境下的互利共生关系。值得注意的是，这种互惠关系只有在距根表约1毫米的范围内才能建立，凸显了根表生态位对“就近供给、高效利用”的保障作用。此外，不动杆菌在菌群和土壤中依然能发挥对植物的低磷促生作用，展现出潜在应用前景。
该研究首次发现了植物与细菌之间的低磷共生关系，打破了“植物低磷共生仅依赖真菌”、“细菌独立溶磷，植物坐享其成”和“植物分泌有机酸溶磷”的传统认知，为理解根际微生物功能提供了全新视角，也为生物磷肥的研发提供了优良的菌株资源。
图1 低磷条件下植物与不动杆菌互利共生关系的建立
崖州湾国家实验室博士后王永进、中国科学院遗传与发育生物学研究所已毕业博士生高初蕾为论文共同第一作者；崖州湾国家实验室周俭民研究员、北京大学白洋教授、清华大学刘栋教授为共同通讯作者，其中周俭民研究员为责任通讯作者（Lead Contact）。德国马普研究所Paul Schulze-Lefert，崖州湾国家实验室杨维才研究员、王忆平研究员，中国科学院遗传与发育生物学研究所王国栋研究员，中国科学院分子植物科学卓越创新中心周峰研究员，北京师范大学王伟教授，中国农业大学周朝阳副教授等也参与了本研究。该工作得到崖州湾国家实验室、国家重点研发计划、海南省杰出人才团队、新基石科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.07.048
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