我刊青年编委、南京农大袁军教授课题组发表最新综述——微生物阻尼器:根际微生物组缓解胁迫诱导的植物生长-防御冲突

2026-05-09 11:49:08

研究背景

在自然与农业生态系统中，植物始终面临一个核心生理矛盾——生长与防御的资源分配权衡（growth-defense trade-off）。有限的光合产物和养分需要在生长发育与抵御生物/非生物胁迫之间进行动态分配，而营养条件不仅影响资源供给，还会重塑植物免疫与激素调控网络。

尽管已有大量研究揭示了植物激素和营养信号网络在介导这一权衡中的作用，但植物自身调节能力有限，常常陷入“顾此失彼”的困境。近年来，近年来，随着“植物全息体（holobiont）”概念的发展，研究逐渐认识到根际微生物群落作为植物的“第二基因组”，可能在缓解这一矛盾中扮演关键角色，但其系统性作用机制仍缺乏统一的理论框架。针对这一问题，《农业科学研究（中英文）》青年编委、南京农业大学沈其荣院士团队袁军教授课题组在该综述中系统整合多领域研究成果，提出了“微生物阻尼器（microbial damper）”新概念，用于解释根际微生物在稳定植物生理状态中的关键作用。研究成果以“Microbial damper: Rhizosphere microbiome mitigates stress-induced plant growth-defense conflicts”为题发表在国际学术期刊Cell Reports。博士生刘潇予为论文第一作者，袁军教授为通信作者。

链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117278

文章亮点

本综述的核心创新在于将根际微生物群落的功能从传统的“促生”或“拮抗”描述提升至系统稳态调控的理论高度。文章基于植物内在生长-防御资源分配冲突的固有局限，系统整合根际微生物在养分活化与免疫诱导中的双重功能，正式提出了 “微生物阻尼器”（Microbial Damper）概念模型。

将根际微生物群落定义为缓冲环境扰动、稳定植物生长-防御资源分配的生物阻尼系统。植物自身调控网络在面临营养失衡或环境胁迫时，其生长-防御资源分配易陷入失衡状态，表现为高氮条件下茉莉酸信号受抑导致抗性降低，或营养匮乏时防御投资挤占生长资源。针对这一内源性调节的局限性，文章提出“微生物阻尼器”概念，将其明确定义为 “根际微生物群落稳定植物内部生长-防御资源分配的能力，而这种分配原本会因营养失衡及其他环境胁迫而发生扰动” 。

构建了植物主导、微生物响应并反馈宿主的动态调控框架，植物首先通过根系分泌物将自身生理状态和资源需求编码为根际化学信号，进而选择性塑造微生物群落结构与功能。随后，被重构的根际微生物群落通过营养供给、免疫诱导及信号反馈等方式作用于宿主，从而缓冲胁迫引起的生长—防御失衡。

系统整合了根际微生物维持植物生长—防御平衡的多层机制。综述表明，根际微生物对植物的支持并非局限于单一促生或抑病功能，而是同时涉及养分获取、病原抑制、激素调控、表观遗传调节及跨界信号传递等多个层面。该研究据此将根际微生物纳入植物生长—防御权衡的统一分析框架，为面向可持续农业的宿主—微生物协同调控提供了理论基础。

文章内容概述

1、植物内在调控网络介导生长-防御权衡的分子基础及其固有局限性

植物在生物与非生物胁迫下激活的免疫应答需消耗大量代谢资源，模式触发免疫及系统获得性抗性的建立均伴随光合产物向防御相关代谢途径的重定向，直接挤占细胞分裂与器官发生所需的碳氮供应。营养信号通路深度嵌入这一调控网络，诸多研究共同表明，植物内源性调控在有限碳预算约束下难以同时达成生长与防御的最优配置，其资源分配决策始终受制于信号通路间的交叉抑制及代谢底物的刚性竞争。

2、根际微生物群落通过营养获取与病原防御的双重功能为植物提供系统支撑

根际功能微生物群通过矿化、溶解及转运过程显著提升氮、磷等限制性养分的生物有效性，实质上将植物自主养分获取所需支付的碳成本部分转移至微生物群落。同时，有益微生物通过生态位竞争、抗菌次级代谢产物合成及诱导系统抗性等机制，在根际界面构筑非植物来源的生物防线。上述营养获取替代与防御功能分摊的协同输出，使植物得以在降低自身组成型防御代谢投入及养分获取碳支出的前提下维持整体健康水平，为突破生长-防御权衡的生理限制提供了生态学基础。

3、“微生物阻尼器”的动态运行机制：植物-微生物双向信号交互与反馈调控

该框架的核心在于植物与根际微生物群落构成自校正的双向反馈系统。胁迫诱导的根系分泌物谱系改变通过生态位筛选效应重塑根际群落结构，定向富集具备养分活化与病原拮抗功能的微生物类群。重塑后的群落则通过ACC脱氨酶介导的乙烯前体降解、微生物源信号分子对宿主激素网络的干预以及有益菌定殖诱导的表观遗传修饰等通路，对植物资源分配实施反馈调控。上述正向驱动与负向反馈的耦合使得植物在遭遇环境扰动时能够借助微生物阻尼效应迅速恢复生长与防御间的资源分配稳态。

4、“微生物阻尼器”的生态意义与农业应用前景

“微生物阻尼器”指根际微生物群落稳定植物因营养失衡及环境胁迫而扰动的生长-防御资源分配的能力，其核心结果是通过微生物组介导的资源优化实现植物状态的动态稳态。文章指出当前仍存在三项关键不确定性：波动营养条件下缓冲能力的维持、非土著微生物组引入的生态风险以及农业集约化对土著微生物组隐秘功能的干扰。未来研究应整合多组学绘制根际代谢网络、设计协同增效的合成微生物群落并挖掘调控权衡的微生物活性代谢物，以推动基于微生物组信息的可持续农业发展。

团队与作者介绍

‌根际互作生物学研究室是沈其荣院士团队内一个关注于根际互作的课题组，由袁军教授带领，主要关注：1.植物和微生物互作在克服连作障碍过程中的作用；2 环境微生物大数据整合分析；3 环境代谢组解析微生物过程研究体系开发和应用。课题组在Nature Communications，Molecular Plant，Global Change Biology，ISME J，Microbiome，SCLS，Protein & Cell, Fundamental Research，SBB，New Phytologist，iMeta，PCE， JAFC（封面），Horticulture Research，SEL（封面）等期刊上发表了多篇文章，包括ESI高被引论文10篇。

袁军，男，博士，教授，博士生导师，南京农业大学资源与环境科学学院副院长，国家优秀青年基金获得者，国家大宗蔬菜产业技术体系连作障碍克服岗位科学家。是沈其荣院士团队根际互作生物学课题组负责人，研究方向为根际微生物组调控，连作生物障碍克服，植物-土壤反馈，新型肥料研发等。目前以第一或通信作者在Nature Communications, The ISME Journal，Protein & Cell，Microbiome, Molecular Plant，New Phytologist，Science China Life Science，Fundamental Research，Plant Cell and Environment，Soil Biology and Biochemistry，Horticulture Research等期刊上发表SCI收录论文40余篇；所发表论文累计被引4000余次，H因子为35，申请和授权国家发明专利13项。