植物与根系微生物群的共生关系

根围的环状区域在植物每个根和根毛周围延伸几毫米到1 厘米左右的地方，也是根系微生物群聚集的地方。根围处每单位面积包含的有机生命体，比土壤中其他地方甚至地球上其他任何地方都要多。

根围处的生命活动非常繁忙，原因很简单：植物通过使用最古老的生存技巧之一——为微生物提供免费食物，让根围成为一个热闹的生物“集市”，最终让自己获益。人类也常这样做。例如，早上同事见面，有人带来甜甜圈与大家分享，有人愉悦地接受免费的甜甜圈。不管你是施予者还是接受者，热闹融洽的气氛显然能增强同事间的友好关系。

植物提供免费食物的目的是为了招揽有益微生物来到根围处。猜猜都有谁来吃这些植物化学物质呢？饥饿的细菌、真菌和其他微生物。它们对植物渗出液，特别是对碳水化合物，有着近乎永不满足的胃口，植物为它们提供了现成的能量。

除了植物分泌物，根围的微生物还吃土壤中的有机物，并将其转化为植物所需的养分和化合物。有机物在进入植物的绿色身体之前，要先通过土壤中的许多其他小动物（如蚯蚓和节肢动物等）将它们分解。有机物经过小動物分解后，成为土壤中更小的居民（其中最小的是微生物）的食物。在这个吃与被吃的化腐朽为神奇的食物链接力赛跑中，最后接过有机物传送接力棒的就是土壤中的微生物。

富含有机质的土壤就像富含纤维的人类饮食，前者是植物根系的营养来源，后者是人类肠道微生物群的重要食物来源。有机物补充土壤养分，推动土壤生命的进食、排泄和死亡循环，支撑整个植物世界。土壤中的微生物粪便富含氮、磷和钾，死亡的微生物更是一种现成的丰富氮源。

但氮、磷、钾营养素只起到促进生长的作用。一个营养良好的根系微生物群还为植物提供肥料和杀虫剂“饮食”所无法提供的基本矿物质和微生物代谢产物，以及对植物绿色身体整体健康至关重要的其他化合物。

以有机物和植物渗出液为食的根系微生物群能为它的植物宿主做些什么呢？很多。

先从菌根真菌说起。食物充足时，它们不仅从岩石块中开采矿物质，还直接将其带到植物家门口，甚至带到植物的绿色身体内。根据农学家们的记录，如今作物中的这些矿物质正在逐年减少。

对植物健康至关重要的矿物质有十几种，它们在植物中发挥很多作用。例如，锌和铁这样的常见元素有助于水果和蔬菜的生长，不常见的钼可帮助植物更好地利用氮，并将阳光转化为碳水化合物。

由于各种原因，植物根系通常需要外来助力，才能吸收足够数量的矿物质，而菌根真菌就是这样的好助手，它们可使植物单位根长的养分吸收量增加1～3 倍。真菌的根状菌丝就像远距离的导管，起着延伸植物根系的作用。菌丝的一端连着植物的根，另一端连接到矿物质的储藏地。土壤中有着丰富的矿藏，但植物根系凭借自身往往得不到它们。

真菌为植物输送稳定的矿物质是有条件的，那就是植物要交出它们的营养渗出物。当植物可以从肥料中免费获得氮磷钾时，它们排出的渗出物就会减少，此时菌根真菌就不会为植物免费提供矿物质和磷。另外，氮、磷、钾肥料中的杀虫剂成分会干扰土壤中的养分传递，扰乱菌根真菌与其植物宿主之间的化学信号。

根系微生物群还可为植物进行有益的转化工作。某些有益菌会吃掉色氨酸——根分泌物中的一种氨基酸，然后以吲哚-3- 乙酸的形式返回植物体内。吲哚-3- 乙酸是植物最重要的生长激素之一，可以让根系长得更长，长出更多的侧根和根毛，更广泛的根系可以让植物吸收更多养分，将更多的分泌液泵入土壤，吸引更多的有益微生物，而后产生更多的吲哚-3- 乙酸，从而产生一个双方共赢的良性循环。

另外，植物可以利用根系微生物群来击退一些病原体，如广泛分布的假单胞杆菌，这种致病细菌会侵害植物的叶、茎、芽和花，造成严重感染，让植物生病。当假单胞杆菌出现时，植物会将化学信息传递到它的根部，根细胞开始释放苹果酸，起到像牧羊人哨子的示警作用，于是，有益菌枯草芽孢杆菌开始在根部生长，这标志植物的反击行动开始：它们忙于制造植物化学物质和其他防御化合物来击退假单胞杆菌。不止于此，枯草芽孢杆菌还诱导植物关闭叶片表面被称为气孔的微小开口，阻止更多的假单胞杆菌偷偷溜进植物城堡内。

在根系微生物群发出的化学信号和害虫攻击的双重警示下，植物开始启动“化学工厂”，补充现有的“军火库”和“制药厂”的“存货”。单株植物可能包含数百到数千种不同种类的植物化学物质，也叫作植物素。一些植物化学物质，如在卷心菜家族中发现的硫代葡萄糖苷，被微生物食用后会转化为“芥子油炸弹”，让入侵植物的害虫有来无回。另一类叫做苯并噁嗪的植物化学物质可执行复杂的信号，玉米、小麦和黑麦等禾本科植物利用这种化学物质来抵御微生物病原体。

为什么人们使用的防晒霜中含有β- 胡萝卜素？因为它可以防紫外线辐射。β- 胡萝卜素也是植物用来免受紫外线侵害的植物化学物质。另一种类黄酮能吸引生活在植物根部的各种细菌，让它们将气态氮转化为植物可以利用的形式。其他类型的类黄酮可以在根系微生物群的帮助下溶解根围处的铁、铜和锌，让植物能够更好地吸收这些重要的矿物质。