北京
原文發(fā)表于 《科技導(dǎo)報》2026年第8期科技新聞-前沿動態(tài)
植物補鈣可更好地向下生長
植物根系在土壤中的向下延伸，看似只是對重力作出反應(yīng)，實際上還要不斷應(yīng)對土壤顆粒擠壓、障礙阻擋等機械挑戰(zhàn)。近年的研究已表明，致密土壤會顯著抑制根伸長，并影響作物對水分和養(yǎng)分的獲取；根系要在真實土壤中持續(xù)下扎，必須在“能轉(zhuǎn)向”的柔性與“能破土”的剛性之間取得平衡。
奧地利科技學(xué)院的研究揭示了這一平衡背后的關(guān)鍵機制：當根發(fā)生彎曲或受到機械拉伸時，會先出現(xiàn)胞質(zhì)鈣離子瞬變，隨后觸發(fā)根表面外質(zhì)體活性氧（ROS）“脈沖式爆發(fā)”；這些ROS進一步增強細胞壁剛性，幫助根尖穿透致密土壤。作者指出，這一過程由機械敏感型鈣通道MCA1和NADPH氧化酶共同參與，其作用不是促進根無限制彎曲，而是抑制過度彎折，讓根在向地生長與破土前進之間保持平衡。2026年4月16日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《Science》。
植物根系會發(fā)生彎曲以探尋水分和養(yǎng)分，這一過程依賴于相互作用的細胞信號通路（圖片來源：《Science》）
為了精準解析這一動態(tài)過程，研究團隊建立了根表面外質(zhì)體ROS的活體成像方法，從而首次捕捉到ROS脈沖發(fā)生的起始過程。實驗顯示，生長素、胞外三磷酸腺苷（ATP）和快速堿化因子1肽（RALF1肽）等不同刺激，都會先誘導(dǎo)鈣信號，再觸發(fā)ROS爆發(fā)；在無鈣條件下，這種反應(yīng)消失，而利用光遺傳學(xué)手段人為提升鈣信號，則足以重新誘導(dǎo)ROS生成。這印證了鈣信號的必要與充分性。
突變體實驗進一步凸顯了該機制的物理意義。缺失NADPH氧化酶或MCA1通道的植物根系，雖然表現(xiàn)出更強的彎曲傾向，但在面對高硬度介質(zhì)與壓實土壤時卻舉步維艱。這表明，“易彎曲”并不等同于“擅穿透”。本質(zhì)上，植物根系的“土壤導(dǎo)航”并非單靠重力驅(qū)動，而是依賴這條“鈣-ROS”通路實時調(diào)節(jié)細胞壁的機械強度。
該研究重塑了對根系生物力學(xué)的傳統(tǒng)認知。對于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)而言，這一機制為未來通過分子靶點改良作物根系、提升其在板結(jié)與干旱土壤中的抗逆性，提供了清晰的理論依托。
（來源： Science ）
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