植物與根系微生物群的共生關(guān)系

根圍的環(huán)狀區(qū)域在植物每個(gè)根和根毛周圍延伸幾毫米到1 厘米左右的地方，也是根系微生物群聚集的地方。根圍處每單位面積包含的有機(jī)生命體，比土壤中其他地方甚至地球上其他任何地方都要多。

根圍處的生命活動(dòng)非常繁忙，原因很簡單：植物通過使用最古老的生存技巧之一——為微生物提供免費(fèi)食物，讓根圍成為一個(gè)熱鬧的生物“集市”，最終讓自己獲益。人類也常這樣做。例如，早上同事見面，有人帶來甜甜圈與大家分享，有人愉悅地接受免費(fèi)的甜甜圈。不管你是施予者還是接受者，熱鬧融洽的氣氛顯然能增強(qiáng)同事間的友好關(guān)系。

植物提供免費(fèi)食物的目的是為了招攬有益微生物來到根圍處。猜猜都有誰來吃這些植物化學(xué)物質(zhì)呢？饑餓的細(xì)菌、真菌和其他微生物。它們對植物滲出液，特別是對碳水化合物，有著近乎永不滿足的胃口，植物為它們提供了現(xiàn)成的能量。

除了植物分泌物，根圍的微生物還吃土壤中的有機(jī)物，并將其轉(zhuǎn)化為植物所需的養(yǎng)分和化合物。有機(jī)物在進(jìn)入植物的綠色身體之前，要先通過土壤中的許多其他小動(dòng)物（如蚯蚓和節(jié)肢動(dòng)物等）將它們分解。有機(jī)物經(jīng)過小動(dòng)物分解后，成為土壤中更小的居民（其中最小的是微生物）的食物。在這個(gè)吃與被吃的化腐朽為神奇的食物鏈接力賽跑中，最后接過有機(jī)物傳送接力棒的就是土壤中的微生物。

富含有機(jī)質(zhì)的土壤就像富含纖維的人類飲食，前者是植物根系的營養(yǎng)來源，后者是人類腸道微生物群的重要食物來源。有機(jī)物補(bǔ)充土壤養(yǎng)分，推動(dòng)土壤生命的進(jìn)食、排泄和死亡循環(huán)，支撐整個(gè)植物世界。土壤中的微生物糞便富含氮、磷和鉀，死亡的微生物更是一種現(xiàn)成的豐富氮源。

但氮、磷、鉀營養(yǎng)素只起到促進(jìn)生長的作用。一個(gè)營養(yǎng)良好的根系微生物群還為植物提供肥料和殺蟲劑“飲食”所無法提供的基本礦物質(zhì)和微生物代謝產(chǎn)物，以及對植物綠色身體整體健康至關(guān)重要的其他化合物。

以有機(jī)物和植物滲出液為食的根系微生物群能為它的植物宿主做些什么呢？很多。

先從菌根真菌說起。食物充足時(shí)，它們不僅從巖石塊中開采礦物質(zhì)，還直接將其帶到植物家門口，甚至帶到植物的綠色身體內(nèi)。根據(jù)農(nóng)學(xué)家們的記錄，如今作物中的這些礦物質(zhì)正在逐年減少。

對植物健康至關(guān)重要的礦物質(zhì)有十幾種，它們在植物中發(fā)揮很多作用。例如，鋅和鐵這樣的常見元素有助于水果和蔬菜的生長，不常見的鉬可幫助植物更好地利用氮，并將陽光轉(zhuǎn)化為碳水化合物。

由于各種原因，植物根系通常需要外來助力，才能吸收足夠數(shù)量的礦物質(zhì)，而菌根真菌就是這樣的好助手，它們可使植物單位根長的養(yǎng)分吸收量增加1～3 倍。真菌的根狀菌絲就像遠(yuǎn)距離的導(dǎo)管，起著延伸植物根系的作用。菌絲的一端連著植物的根，另一端連接到礦物質(zhì)的儲(chǔ)藏地。土壤中有著豐富的礦藏，但植物根系憑借自身往往得不到它們。

真菌為植物輸送穩(wěn)定的礦物質(zhì)是有條件的，那就是植物要交出它們的營養(yǎng)滲出物。當(dāng)植物可以從肥料中免費(fèi)獲得氮磷鉀時(shí)，它們排出的滲出物就會(huì)減少，此時(shí)菌根真菌就不會(huì)為植物免費(fèi)提供礦物質(zhì)和磷。另外，氮、磷、鉀肥料中的殺蟲劑成分會(huì)干擾土壤中的養(yǎng)分傳遞，擾亂菌根真菌與其植物宿主之間的化學(xué)信號。

根系微生物群還可為植物進(jìn)行有益的轉(zhuǎn)化工作。某些有益菌會(huì)吃掉色氨酸——根分泌物中的一種氨基酸，然后以吲哚-3- 乙酸的形式返回植物體內(nèi)。吲哚-3- 乙酸是植物最重要的生長激素之一，可以讓根系長得更長，長出更多的側(cè)根和根毛，更廣泛的根系可以讓植物吸收更多養(yǎng)分，將更多的分泌液泵入土壤，吸引更多的有益微生物，而后產(chǎn)生更多的吲哚-3- 乙酸，從而產(chǎn)生一個(gè)雙方共贏的良性循環(huán)。

另外，植物可以利用根系微生物群來擊退一些病原體，如廣泛分布的假單胞桿菌，這種致病細(xì)菌會(huì)侵害植物的葉、莖、芽和花，造成嚴(yán)重感染，讓植物生病。當(dāng)假單胞桿菌出現(xiàn)時(shí)，植物會(huì)將化學(xué)信息傳遞到它的根部，根細(xì)胞開始釋放蘋果酸，起到像牧羊人哨子的示警作用，于是，有益菌枯草芽孢桿菌開始在根部生長，這標(biāo)志植物的反擊行動(dòng)開始：它們忙于制造植物化學(xué)物質(zhì)和其他防御化合物來擊退假單胞桿菌。不止于此，枯草芽孢桿菌還誘導(dǎo)植物關(guān)閉葉片表面被稱為氣孔的微小開口，阻止更多的假單胞桿菌偷偷溜進(jìn)植物城堡內(nèi)。

在根系微生物群發(fā)出的化學(xué)信號和害蟲攻擊的雙重警示下，植物開始啟動(dòng)“化學(xué)工廠”，補(bǔ)充現(xiàn)有的“軍火庫”和“制藥廠”的“存貨”。單株植物可能包含數(shù)百到數(shù)千種不同種類的植物化學(xué)物質(zhì)，也叫作植物素。一些植物化學(xué)物質(zhì)，如在卷心菜家族中發(fā)現(xiàn)的硫代葡萄糖苷，被微生物食用后會(huì)轉(zhuǎn)化為“芥子油炸彈”，讓入侵植物的害蟲有來無回。另一類叫做苯并噁嗪的植物化學(xué)物質(zhì)可執(zhí)行復(fù)雜的信號，玉米、小麥和黑麥等禾本科植物利用這種化學(xué)物質(zhì)來抵御微生物病原體。

為什么人們使用的防曬霜中含有β- 胡蘿卜素？因?yàn)樗梢苑雷贤饩€輻射。β- 胡蘿卜素也是植物用來免受紫外線侵害的植物化學(xué)物質(zhì)。另一種類黃酮能吸引生活在植物根部的各種細(xì)菌，讓它們將氣態(tài)氮轉(zhuǎn)化為植物可以利用的形式。其他類型的類黃酮可以在根系微生物群的幫助下溶解根圍處的鐵、銅和鋅，讓植物能夠更好地吸收這些重要的礦物質(zhì)。