根鞘：一种能提高植物水分与养分利用效率的根系性状

      当前，全球气候变化普遍增加了世界可耕地土壤干旱的频率和强度，从而限制了作物产量。作物生产力同时还受到其营养状况的影响，例如磷(P)缺乏会改变植物的生理功能并限制产量。然而，干旱胁迫和P缺乏往往同时发生，因为干旱能够减少植物对土壤P的吸收、运输和再分配，从而加剧了植物的P缺乏，而缺P又导致根系水力电导率降低加剧干旱响应。在这些资源贫乏的环境中，地下性状可以提高作物产量。根鞘是一种根系地下适应性状，根毛较长、较密较高的植物根鞘发育更多，P吸收效率更高。此外，形成较多的根鞘保持了根-土壤界面的接触，从而帮助植物从干燥的土壤中吸收水分，从而提高了植物在干旱环境中的生存率。因此根鞘是一种能提高植物水分与养分利用效率的关键根系性状。

导读

       近日，福建农林大学资源与环境学院许卫锋课题组和兰卡斯特大学Ian C. Dodd课题组在国际知名期刊Plant, Cell & Environment 上发表了题为“Rhizosheath: an adaptive root trait to improve plant tolerance to phosphorus and water deficits?”的综述论文，详细综述了决定根鞘发育的植物遗传、物理化学和微生物群落因素，并描述了这些因素如何影响干旱胁迫环境中P的状态，同时还强调改善各种作物中水分和P有效性的具体机制，并最后提出了今后的研究方向。

根鞘建成机制

       根鞘是通过多种机制提高植物水分与养分利用的关键根系性状，它的形成涉及根际多种因素的相互作用（图1），其中物理（根毛长度和密度）和化学（根系分泌物）机制分别通过包裹和聚集土壤颗粒来决定根鞘的发育。此外，已有研究证实，许多微生物释放的胞外多糖(EPS)以及挥发性有机化合物能够极大地影响根鞘建成。同时，根鞘发育QTL的鉴定表明，它是由遗传决定的（表1）。

图1.植物-土壤之间的相互作用

表1.不同作物根鞘形成相关的基因/QTL

根鞘与植物P素利用

       P是植物生长发育必不可少的大量营养素之一，但由于其低扩散速率，它在土壤中很难被植物吸收。在低磷生境中，植物根系释放分泌物以调动根际养分，而粘液渗出可能是一种克服土壤干旱条件下的P吸收和运输有的潜在途径。根鞘土壤的微生物丰度高于非根鞘土壤，这部分归因于根际沉积物（可能是有机酸）为相关微生物提供了碳源，而植物根部分泌的有机酸和胞外酶（植酸酶和酸性磷酸酶）能从Al、Ca或Fe磷酸盐或有机P化合物中调动无机磷，从而促进植物对P的吸收。

图2.土壤干燥及其对植物组织磷浓度的影响

根鞘与植物水分利用

      根鞘的形成最大限度地减少靠近根系的空气间隙，同时，根系分泌的粘液也限制了根部周围空气间隙，并通过降低根际的水力阻力来提高植物根系吸收水分的能力，根鞘内黏液的胶凝作用也可以减少水分从根鞘土壤到远离根鞘土壤的流失。

原文连接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14395