上海交通大学科研成果助植物突围板结土壤

中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 任朝霞）现代农业中，土壤板结已成为全球性问题。统计结果显示，土壤板结叠加干旱胁迫导致的减产可高达75%，因此，需要人工培育根系穿透能力强的作物品种来“协助”植物突围板结土壤，保证粮食产量。上海交通大学生命科学技术学院张大兵和梁婉琪教授团队联合丹麦哥本哈根大学Staffan Persson教授团队、英国诺丁汉大学Malcolm J. Bennett教授团队的最新研究成果，首次揭示了植物根系利用工程学原理适应板结土壤：通过主动响应积累的乙烯，精细调控细胞壁厚度，从而促进根系增粗，提高穿透能力以适应土壤板结。相关研究成果日前发表在《自然》杂志。

纤维素是植物细胞壁的“钢筋”，通常被认为越多越强壮。该研究团队的发现却颠覆了这一认知：当用低浓度纤维素合成抑制剂处理水稻时，根系在板结土壤中的穿透能力不降反升。为了验证这一反常现象，团队利用基因编辑技术敲除了纤维素合成酶基因OsCESA6，获得cesa6突变体。CT成像显示，cesa6突变体在板结土壤中比正常水稻穿透力更强，且这种“超能力”仅在板结条件下显现。这揭示纤维素合成的精密调控是影响植物根穿透板结土壤的关键因素。

研究团队还从上千个水稻基因中找到了关键调控因子OsARF1，并证明了乙烯-OsARF1-纤维素合成酶这条调控链路，正是植物应对土壤板结的关键策略。

研究团队首次揭示了水稻根系应对板结土壤的精妙策略——“厚表皮—薄皮层”模型。该研究不仅破解了植物适应逆境的分子密码，更为未来作物设计开辟了新维度。基于“厚表皮—薄皮层”模型，育种家可以像工程师设计建筑那样，精准调控不同细胞层的细胞壁特性，培育出具有最优土壤穿透能力的根系，从而减轻农业机械化带来的土壤板结问题，更好地应对气候变化导致的土壤退化挑战。同时也可以扩大板结土壤的利用率，维护作物产量安全。