一、根際生命共同體理論的提出
養分高效是乙個從土壤到植物、從微生物到農業生產多介面互作的系統過程。任何單一過程的研究都無法破解整個系統的執行機制，也就難以從整體上大幅度提高植物養分效率。根系作為植物吸收養分的主要器官，把地上和地下連為一體；根際則是控制植物-土壤系統物質、能量流動和資訊交換的樞紐；菌絲際及其他微生物極大地拓展了植物吸收利用土壤養分的範圍與功能。在「植物-根系-根際-菌絲際-土體及其微生物」系統中，植物將光合產物輸送到地下，驅動了地下多樣化生命過程的運轉。光合產物一部分用於支撐根系生長及其生理活動，另一部分以根分泌物的形式釋放到根際環境中，極大地改變了根際土壤的物理、化學和生物學性質，招募和供養微生物，使根際成為植物-微生物、微生物-微生物互作最活躍的熱點區域，成倍提公升植物對土壤養分的活化與利用效率。根外菌絲和其他土壤微生物又將根際範圍擴充套件上百倍，並能從距離根系很遠的土體、以及根系難於進入的微團聚體內把養分捕獲並傳輸給植物。這種自上而下的能量流與自下而上的養分流形成乙個完整的閉環系統，將「植物-根系-根際-菌絲際-土體及其微生物」連線成乙個以根際互作為核心，「牽一髮而動全身」的根際生命共同體（rhizobiont）（圖1），把植物與其第二基因組——微生物組完美地結合在一起，控制著植物對養分的活化、吸收和利用。
圖1 根際生命共同體結構與執行機制模式圖
長期以來，化肥顯著的增產效應，使人們在生產實踐中往往只重視肥料養分的投入，卻忽視了植物-土壤系統巨大的生物學潛力，尤其是沒有認識到根際生命共同體多介面互作增效提高養分效率的作用，因此常常施肥過量，導致根系生長受阻、根際過程減弱、植物-微生物互作紊亂、根際微生態環境惡化，從而嚴重制約了養分效率的提高。因此，深入揭示根際生命共同體互作增效機制，建立生物學調控新途徑，提高養分效率，從根本上改變高投入、高汙染的農業生產方式，既是國內外農業科技創新的交叉前沿，又是破解我國農業綠色轉型的關鍵突破口。
二、根際生命共同體的學術思路及研究內容
通過植物營養學、土壤學、微生物學、農學、生態學、分子生物學和生物資訊學等多學科交叉創新，改變以往過度依賴外部投入的傳統思路，提出根際生命共同體理論模型與學術思路，從系統角度闡明共同體執行機制，破解多介面互作提高養分效率的科學難題（圖2）。首先，通過碳和養分的流動軌跡，確定根際生命共同體的整體框架和內部脈絡；通過定量各個介面碳流與養分流的通量，揭示分泌物驅動的介面互作控制物質流動的規律及碳與養分效率的耦合機制，解析共同體系統活化、吸收與利用養分的功能；通過比較植物基因型、匹配核心微生物、及調控關鍵環境因子對系統物質和能量流動及其訊號交換的影響，解析共同體執行與調控機制，建立理論模式。其次，針對植物-微生物互作介面，篩選鑑定養分高效的根際核心微生物，闡明植物與核心微生物相互感知、微生物定殖與調控植物養分效率的機制；針對微生物-微生物互作介面，發掘增強核心微生物定殖和功能的專性物質、及靶向抑制有害微生物的有益微生物，揭示微生物-微生物協同和競爭影響養分效率的機制。在以上兩個關鍵介面互作機制取得突破的基礎上，闡明從微生物菌群互作到核心微生物-植物互作的級聯放大作用及其撬動多介面互作增效的聯動機制，全面提公升共同體系統功能與執行效率。最後，在共同體理論創新的基礎上，從養分高效植物基因型、與其匹配的根際核心微生物、營造理想根際微生態環境最大化植物-核心微生物互作潛能的新技術三個視角協同突破根際互作調控瓶頸問題；再從地下根際互作調控、地上高產群體構建和農田養分管理三個方面整合建立根際生命共同體互作增效的生物學調控新途徑，從根本上提高養分效率，推動農業綠色發展。
圖2 根際生命共同體研究思路及四大研究內容
三、未來交叉創新方向與展望
未來根際生命共同體交叉創新研究方向主要集中在：
（1）建立「植物-根系-根際-菌絲際-土體及其微生物」根際生命共同體理論體系。通過融合多學科理論與技術，突破根際生命共同體的結構、功能及其物質、能量和資訊交換機制，闡明根際生命共同體的執行規律及多介面互作增效機制，破解傳統單一過程研究無法系統提高養分效率難題，開創植物-土壤-微生物互作增效的交叉創新領域。
（2）破解植物第一基因組與第二基因組（微生物組）協同提高養分效率的理論難題。闡明植物-微生物訊號感知、核心微生物根際定殖、以及與植物互作增效的分子機制，揭示根際微生物-微生物協同與競爭影響養分效率的機制，闡明從微生物菌群互作到核心微生物組與植物互作的級聯放大機制，將植物-微生物互作從定性描述提公升到功能解析和系統定量水平。
（3）建立根際生命共同體互作增效提高養分效率的生物學調控途徑。在根際生命共同體理論創新基礎上，從植物基因型、根際核心微生物和根際微生態定向調控三個視角協同突破根際互作調控瓶頸問題，再從地下根際互作調控、地上高產群體構建和農田養分管理三個方面整合建立根際生命共同體互作增效的生物學調控新途徑，大幅度提高作物養分利用效率，既引領科學前沿，又解決國家重大需求。
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