“聪明作物”的背后，是一位上海科学家的十余年追问｜国家自然科学奖

看似静默伫立的聪明作物植物，实则正在与土壤中的后位真菌进行着精妙的“物质交换”：植物慷慨地输送脂肪酸（“油”）供养真菌，以此换取急需的上海磷元素；而豆科植物则更为独特，其根部自带微型“氮肥工厂”，科学科学能直接固定空气中的家的奖氮。

这些自然界深藏不露的余年生存智慧，已被深耕于此的追问自上海科学家逐步破解。今日（8日），聪明作物中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究员领衔的后位“植物—微生物共生机理”研究项目，荣获国家自然科学奖二等奖。上海

中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究员

颠覆认知：从“糖换磷”到“油换磷”

故事始于一个被科学界长期忽视的科学科学“误会”。长期以来，家的奖学界普遍认定植物与丛枝菌根真菌之间是余年一场“糖换磷”的交易：植物提供糖类，真菌回馈磷元素。追问自然而，聪明作物王二涛团队却意外发现，植物输送给真菌的并非糖类，而是脂肪酸。2017年，这一突破性成果发表于国际顶级期刊《科学》（Science），直接推翻了该领域奉行数十年的“糖营养”理论。

破解谜题：植物如何精准调控共生平衡？

更令人惊叹的是植物的“智慧”。当土壤中磷元素充足时，植物会停止向真菌输送脂肪酸，以避免资源浪费。这一现象早在半个世纪前就被科学家观察到，被称为菌根共生的“自我调节”，但植物究竟如何感知磷的“临界点”，始终是个未解之谜。

王二涛团队通过绘制精细的调控网络发现，植物体内负责直接吸收磷的核心模块，同时也是控制真菌侧营养交换平衡的关键枢纽。这意味着，植物并非依靠两套独立系统运作，而是由“一个大脑”统一管控内部采购与外部贸易。一旦磷储备达标，植物便会立即按下“暂停键”。这一发现纠正了以往认为“两条吸收途径相互独立”的假设，也为培育磷高效利用作物提供了精准的基因靶点。

基因开关：非豆科作物自主固氮的希望

如果说菌根真菌的故事是一场精密的贸易谈判，那么豆科植物的能力则更像是一场细胞身份的“逆袭”。为何唯有豆科植物能形成根瘤，容纳根瘤菌固定大气氮？团队锁定了一对关键的“命运开关”——SCR和SHR干细胞基因模块。

在豆科植物的进化历程中，这两个因子在根部皮层细胞中“胜利会师”，赋予了普通皮层细胞分裂和结瘤的潜能。更令人振奋的是，当科学家将该模块导入拟南芥、水稻等非豆科作物细胞时，原本安分守己的细胞也展现出分裂潜能。这清晰地表明：非豆科植物距离实现自主固氮并不遥远，缺的仅仅是一串关键程序的启动指令。

从实验室到田间：生态农田愿景渐行渐近

这些看似基础的理论发现，如今正悄然在田间地头转化为生产力。基于共生机理培育的高效水稻新品种“赣菌稻1号”，在大幅减少化肥施用的同时，成功保障了作物产量；依据根瘤共生机制研发的微生物菌剂，推广后有望每年为我国减少7.7亿公斤氮肥的使用量。

王二涛曾描绘过这样一幅画面：驱车穿越一望无际的稻田，这里没有因过度使用化肥导致的土壤白渍与板结，泥土芬芳松软，微生物在根系周围繁忙而有序地工作，为作物提供养分并增强抗病能力。

如今，这幅绿色生态农田的图景，正变得越来越清晰。

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(责任编辑：探索)