植物获取磷元素竟有“双保险”？

在生态系统的复杂网络中，植物的生长与养分获取密切相关，其中磷元素扮演着极为关键的角色。土壤中的磷元素虽含量丰富，但大多处于植物难以直接利用的状态，这使得磷成为限制植物生长的主要养分之一。因此，植物经过长期进化，发展出了直接途径（DP）和菌根途径（MP）两种获取磷元素的方式。直接途径是指植物通过自身的根部表皮细胞和根毛直接从土壤中吸收可利用的磷元素。而菌根途径则是植物与丛枝菌根（AM）真菌建立的一种共生关系。AM真菌的菌丝能够延伸到植物根系难以触及的土壤深处，吸收磷元素并传递给植物宿主。

那么，植物是如何在这两条途径之间进行调控的呢？近日，中国农业大学张林教授团队发表的一篇综述文章指出，植物会在碳消耗与磷吸收收益之间进行权衡。当土壤中磷元素匮乏时，植物会加大自身根系的投入，将更多的碳资源分配到根部，通过直接途径努力搜寻有限的磷。而当土壤磷含量相对充足时，植物则会减少对菌根共生系统的碳投入。此外，不同的AM真菌在帮助植物获取磷元素的能力上存在差异，植物似乎也能感知到这一点，会更倾向于为那些“能力强”、能提供更多磷的真菌伙伴分配更多的碳资源。

在菌根途径中，根际细菌的协同增效作用至关重要。由于土壤养分分布具有空间异质性，AM真菌自身分解有机物质的能力有限，这使得具有溶磷功能的根际细菌成为关键的代谢补充者。AM真菌通过释放菌丝分泌物，特异性吸引并改变根际细菌群落组成。其中，溶磷细菌可通过分泌酸性磷酸酶，将土壤中难溶性有机磷矿化为植物可吸收态，与AM真菌形成功能互补，共同促进植物对磷元素的获取。相关研究已发表于《农业科学与工程前沿》（英文）期刊（DOI: 10.15302/J-FASE-2024589）。

尽管已有研究揭示了植物磷获取策略的基本框架，其“双途径”协同调控机制仍存在若干关键问题：首先，植物如何精准地调控碳资源在根部和菌根共生系统之间的分配比例？其次，不同的土壤环境和生长阶段，直接途径和菌根途径的工作顺序和协同机制又是怎样的？此外，根际细菌与AM真菌之间的信号交流和协作细节，也有待进一步深入研究。未来应通过多学科交叉的方式，运用量子点技术、高通量稳定同位素探测等前沿科技手段，系统解析植物获取磷元素的分子机制和生态过程。