2025-09-03 15:18:44
8月26日，2024年度上海市科學技術獎獲獎項目揭曉，授獎總數(shù)206項（人），其中自然科學獎授獎數(shù)比上年度增加了10項。記者注意到，獲上海市自然科學獎一等獎的有18個項目，其中唯一應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的項目是“植物與微生物的共生機理”。記者采訪了該項目第一完成人——中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員王二濤。
▲豆科植物根瘤器官受訪者供圖
自2013年學成回國后，王二濤一直在植物-微生物共生領域深耕。12年來，他的研究成果多次在國際學術期刊上發(fā)表。根據(jù)王二濤的科研成果，農(nóng)業(yè)領域科學家可以培育高共生效率水稻新品種，研發(fā)“減肥增效”菌劑并應用于大豆等農(nóng)作物生產(chǎn)。研究植物-微生物共生，能夠應用于綠色農(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，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，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系。
比如，豆科植物與根瘤細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”的習慣，對植物“天然伙伴”的認知和應用還遠遠不夠。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)高效利用的關鍵。
2017年，王二濤在《科學》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)”的學界公認。
2021年，王二濤團隊在《細胞》以封面文章形式發(fā)表研究成果，首次系統(tǒng)揭示植物磷信號網(wǎng)絡調(diào)控菌根共生的分子機制，成功破解了長期困擾菌根共生領域的“自我調(diào)節(jié)”這一重大科學難題。
以上成果幫助科學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用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)奠定了基礎。
王二濤團隊的另一項重要科研成果，闡明了豆科植物根瘤器官發(fā)生與調(diào)控的分子基礎與演化機制，發(fā)現(xiàn)SHR-SCR干細胞程序賦予豆科植物根皮層細胞有絲分裂的能力，從進化的角度回答了“為什么豆科植物能結瘤固氮”這個百年難題。
豆科植物通過與根瘤細菌共生，在植物根表面形成特殊的“根瘤”結構，早已被人們熟知。但自19世紀末豆科植物共生結瘤的固氮優(yōu)勢被發(fā)現(xiàn)以來，“為什么只有豆科植物能結瘤固氮”一直困擾著科學家們，也是能否將僅在豆科植物中高效固氮的根瘤共生擴展到非豆科植物的關鍵。
王二濤團隊還發(fā)現(xiàn)決定共生建立的菌根因子受體，開啟研究植物識別“敵友”微生物的交叉新領域。
2024年和2025年，王二濤團隊先后在《自然》和《細胞》發(fā)表了一項突破性研究成果，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話，實現(xiàn)對病原菌和共生菌的精準區(qū)分。研究還揭示了細胞質(zhì)類受體激酶MtLICK1/2在豆科植物與根瘤菌共生信號轉導和免疫調(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：這一開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，正在重塑我們對植物微生物信號傳導的理解，并為解決被子植物生物學中懸而未決的問題提供了寶貴的見解。
王二濤告訴記者，在以上科學發(fā)現(xiàn)的基礎上，江西農(nóng)科院的育種學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”，實現(xiàn)化肥減量、產(chǎn)量不減：“最新的試驗發(fā)現(xiàn)，該新品種水稻在降低使用化肥用量50%時，水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量能夠保持不變?！?/p>
王二濤團隊在科研過程中還發(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。他說：“2024年，我們與其他科研團隊合作，在前期小范圍試驗的基礎上，進一步在東北黑土地進行了1萬畝大豆田試驗，效果非常好。今年我們繼續(xù)推廣，將試驗田擴展到56萬畝?！?/p>
未來，科學家還可以在該項目前期試驗的基礎上導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：“基礎領域的突破，可以被慢慢地開發(fā)利用，最終服務于我國的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?！?/p>
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