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來源：中國青年報(bào)

8月26日，2024年度上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目揭曉，授獎(jiǎng)總數(shù)206項(xiàng)（人），其中自然科學(xué)獎(jiǎng)授獎(jiǎng)數(shù)比上年度增加了10項(xiàng)。中青報(bào)·中青網(wǎng)記者注意到，獲上海市自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的有18個(gè)項(xiàng)目，其中唯一應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的項(xiàng)目是“植物與微生物的共生機(jī)理”。記者采訪了該項(xiàng)目第一完成人——中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員王二濤。

自2013年學(xué)成回國后，王二濤一直在植物-微生物共生領(lǐng)域深耕。12年來，他的研究成果多次在國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表。根據(jù)王二濤的科研成果，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域科學(xué)家可以培育高共生效率水稻新品種，研發(fā)“減肥增效”菌劑并應(yīng)用于大豆等農(nóng)作物生產(chǎn)。研究植物-微生物共生，能夠應(yīng)用于綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，有助于保障我國的糧食安全和生態(tài)安全。

其實(shí)，植物除了通過根部直接吸收營養(yǎng)外，還可以通過土壤微生物的協(xié)助，高效獲取營養(yǎng)。土壤中的有益微生物，在獲取植物光合產(chǎn)物的同時(shí)，可以幫助植物從環(huán)境中高效獲取氮、磷等營養(yǎng)元素，與植物形成互惠互利的共生關(guān)系。

比如，豆科植物與根瘤細(xì)菌建立共生高效固氮，80%陸生植物都可以與菌根真菌形成共生，并從土壤中獲得磷和氮等礦質(zhì)營養(yǎng)。但是，長期以來，人們已經(jīng)形成了以“高投入促高產(chǎn)量”的習(xí)慣，對(duì)植物“天然伙伴”的認(rèn)知和應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，深入研究和改造植物-微生物共生的營養(yǎng)交換，是植物營養(yǎng)高效利用的關(guān)鍵。

2017年，王二濤在《科學(xué)》發(fā)文，證明了“脂肪酸是植物傳遞給叢枝菌根真菌的主要碳源形式”，這一成果推翻了“糖是植物為叢枝菌根真菌提供的主要碳源營養(yǎng)”的學(xué)界公認(rèn)。

2021年，王二濤團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》以封面文章形式發(fā)表研究成果，首次系統(tǒng)揭示植物磷信號(hào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控菌根共生的分子機(jī)制，成功破解了長期困擾菌根共生領(lǐng)域的“自我調(diào)節(jié)”這一重大科學(xué)難題。

以上成果幫助科學(xué)家們解決了菌根制劑產(chǎn)業(yè)中“菌種無法體外培養(yǎng)”的技術(shù)瓶頸，為培育高效利用叢枝菌根共生的水稻新品種和菌根真菌應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

王二濤團(tuán)隊(duì)的另一項(xiàng)重要科研成果，闡明了豆科植物根瘤器官發(fā)生與調(diào)控的分子基礎(chǔ)與演化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)SHR-SCR干細(xì)胞程序賦予豆科植物根皮層細(xì)胞有絲分裂的能力，從進(jìn)化的角度回答了“為什么豆科植物能結(jié)瘤固氮”這個(gè)百年難題。

豆科植物通過與根瘤細(xì)菌共生，在植物根表面形成特殊的“根瘤”結(jié)構(gòu)，早已被人們熟知。但自19世紀(jì)末豆科植物共生結(jié)瘤的固氮優(yōu)勢被發(fā)現(xiàn)以來，“為什么只有豆科植物能結(jié)瘤固氮”一直困擾著科學(xué)家們，也是能否將僅在豆科植物中高效固氮的根瘤共生擴(kuò)展到非豆科植物的關(guān)鍵。

王二濤團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)決定共生建立的菌根因子受體，開啟研究植物識(shí)別“敵友”微生物的交叉新領(lǐng)域。

2024年和2025年，王二濤團(tuán)隊(duì)先后在《自然》和《細(xì)胞》發(fā)表了一項(xiàng)突破性研究成果，揭示了LysM受體根據(jù)土壤中的營養(yǎng)狀態(tài)，通過與共生菌建立特異分子對(duì)話，實(shí)現(xiàn)對(duì)病原菌和共生菌的精準(zhǔn)區(qū)分。研究還揭示了細(xì)胞質(zhì)類受體激酶MtLICK1/2在豆科植物與根瘤菌共生信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和免疫調(diào)控中的雙重功能，詮釋了豆科植物如何在“共生-免疫”這一看似矛盾的生命過程中取得平衡。

該成果被同行專家贊譽(yù)：這一開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，正在重塑我們對(duì)植物微生物信號(hào)傳導(dǎo)的理解，并為解決被子植物生物學(xué)中懸而未決的問題提供了寶貴的見解。

王二濤告訴記者，在以上科學(xué)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，江西農(nóng)科院的育種學(xué)家從水稻菌根因子受體研究成果出發(fā)，培育了高共生效率水稻新品種“贛菌稻1號(hào)”，實(shí)現(xiàn)化肥減量、產(chǎn)量不減：“最新的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該新品種水稻在降低使用化肥用量50%時(shí)，水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量能夠保持不變。”

王二濤團(tuán)隊(duì)在科研過程中還發(fā)現(xiàn)，大豆在低氮特別是在長期不施氮的時(shí)候，施加其他有益的微生物，也可以提高產(chǎn)量。這為降低農(nóng)業(yè)化肥使用、降低農(nóng)業(yè)污染奠定了基礎(chǔ)。他說：“2024年，我們與其他科研團(tuán)隊(duì)合作，在前期小范圍試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在東北黑土地進(jìn)行了1萬畝大豆田試驗(yàn)，效果非常好。今年我們繼續(xù)推廣，將試驗(yàn)田擴(kuò)展到56萬畝。”

未來，科學(xué)家還可以在該項(xiàng)目前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上導(dǎo)出更多有益的微生物菌劑等產(chǎn)品，讓農(nóng)民使用。王二濤說：“基礎(chǔ)領(lǐng)域的突破，可以被慢慢地開發(fā)利用，最終服務(wù)于我國的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。”（記者 魏其濛）