子科生物報道：近日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊Science在線發(fā)表了植物根系響應(yīng)外界土壤硬度機制的研究工作。該項研究由上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院張大兵教授和英國諾丁漢大學(xué)Malcolm Bennett教授研究組合作，經(jīng)過近7年的聯(lián)合攻關(guān)，闡明了植物如何響應(yīng)外界土壤硬度的機制，為未來培育適應(yīng)不同土壤硬度的作物新品種提供了重要的理論基礎(chǔ)。張大兵教授為共同通訊作者，上海交通大學(xué)博士后黃國強為共同第一作者。來自荷蘭、法國、瑞典、捷克以及美國科研工作者也為這項研究做出了重要貢獻。

伴隨著世界人口的急劇增長，人類對糧食的需求量不斷激增，無機化學(xué)肥料的使用量逐年增加，導(dǎo)致土壤的硬度變大，土壤板結(jié)以及透氣性變差。植物在硬度較大的土壤中生長，生長變差、產(chǎn)量降低。因此，人類在作物種植前，不得不進行耕地松土，消耗大量的資源。如何培育能夠適應(yīng)不同硬度土壤的作物新品種，是一個亟待解決的問題。

自1854年起，科學(xué)家為了探究植物對外界土壤硬度響應(yīng)的機制，進行了大量的研究，主要的觀點認為植物對外界土壤的響應(yīng)是一個被動過程，是由土壤的機械硬度決定植物根系的生長情況。因此，人們認為培育能夠適應(yīng)不同硬度土壤的作物新品種是一個遙不可及的目標。

這項工作首先通過建立不同硬度的土壤體系，發(fā)現(xiàn)了水稻根系在硬度較大的土壤內(nèi)生長受阻，根系變短、增粗。通過深入研究發(fā)現(xiàn)土壤孔隙的多少是決定疏松土壤和堅硬土壤關(guān)鍵點。圍繞疏松土壤和堅硬土壤的特點，科學(xué)家們進行了一系列探索，特別是利用細胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、化學(xué)等實驗手段證實了高硬度的土壤可通過限制植物本身產(chǎn)生的乙烯擴散，導(dǎo)致乙烯積聚在根系周圍，抑制了植物根系的生長，實現(xiàn)對外界土壤硬度的響應(yīng)。

另外，植物這種適應(yīng)土壤硬度的機制在水稻、玉米以及擬南芥等不同物種中具有很強的保守性。這項新發(fā)現(xiàn)闡明了植物如何積極響應(yīng)外界土壤硬度的機制，為分子設(shè)計育種打開了新思路。

該工作得到了國家重大研究計劃（2016YFD0100804和2016YFE0101000）、國家自然科學(xué)基金（31970803和31861163002）、中國博士后科學(xué)基金（2019M661486）以及上海超級博后（2018063）的經(jīng)費資助。