Science论文揭示植物的“避腐雷达”，新发现“腐性趋向性”让根系主动远离腐烂植物，且对动物腐肉无动于衷

腐烂物质塑造着土壤中的生命，但同时也能为正在生长的根系创造“敌对区域”。奥地利科学技术研究所（ISTA）的Jiří Friml教授与国际合作者共同鉴定了一种名为“腐性趋向性”（saprotropism）的根系响应——它能引导植物避开腐烂的植物源物质，但对动物源腐烂物则不作反应。

该研究由西北农林科技大学的张余周教授主导，发表于

《Science》

期刊，揭示了根系如何通过感知腐烂物周围的局部pH梯度来调整生长方向。

植物无法逃离危险，也无法主动奔向所向往之物。它们转而调整自身的生长方向——芽向光弯曲（众所周知的向光性），根和芽分别利用重力向下和向上生长（向地性），根还能向水弯曲（向水性）。

这些定向生长响应被称为植物趋向性，帮助植物在变化的环境中导航。如今，中国和奥地利的研究人员描述了这一家族的新成员：腐性趋向性——源自希腊语“sapro”，意为腐烂或腐败。

“超越经典的趋向性（如向地性、向光性和向水性）是张余周的想法。”共同作者、ISTA教授Jiří Friml说。“作为我曾带过的ISTA课题组校友，他将这个问题向前推进了一步，鉴定出腐性趋向性及其背后的机制。”

腐性趋向性：别碰死掉的植物，太“脏”了！

研究人员首先证明，与腐烂的植物组织直接接触会强烈抑制根系生长，并激活与

免疫

和病原体相关的防御通路。换言之，根系将这些腐烂区域视为具有生物学威胁的环境。

“动物会本能地避开腐烂食物，因为它们常藏匿有害微生物。”通讯作者、西北农林科技大学教授、Friml课题组校友张余周说。“我们想知道，虽然植物无法移动，但在地下是否演化出了类似的策略。”

事实确实如此：新发现的趋向性使根系能够主动弯曲以避开腐烂的植物物质。在实验中，根避开了由苹果或叶片等“肉质”物质形成的腐烂区，并且——与最初的假设相反——也避开了锯末等木质材料。

死去的动物对植物无影响

然而，当研究人员测试动物源腐烂物（如小块鸡肉）时，根系未表现出定向生长响应。

“因此，一个令人震惊的发现是，根系并非简单地避开任何腐烂物，”Friml说。“它们对腐烂的植物材料有特异性反应。这告诉我们，腐性趋向性并非对腐烂的泛泛反应，而是一种专门针对植物源腐烂的响应。”

这种响应不仅在模式植物拟南芥中观察到，在油菜、番茄和小麦等作物中也同样存在——提示腐性趋向性在植物中广泛存在。

微观“植物墓地”的效应

团队发现，关键信号来自微生物，尤其是真菌，在分解死植物材料时产生。在分解过程中，真菌释放酸性代谢物，包括有机酸和酚酸。这些化合物扩散到周围土壤中，在腐烂物周围形成稳定的局部pH梯度。

根系即使在直接接触前就能检测到这种酸度模式，并将其作为方向信息，弯曲远离酸性更强的一侧。


然而，“植物墓地”并不会发出永久警告信号——在物质几乎完全分解为土壤后，信号会自动消失。“一旦植物材料几乎完全分解，酸性警告信号就会消退——根系也不再弯曲避开，”张余周解释道。

为了在受控条件下研究这一过程，研究人员使用了垂直分裂琼脂系统——一个扁平的直立平板，其中不同的琼脂培养基形成确定的化学梯度。当根系沿平板向下生长时，科学家可以观察它们是朝特定线索（如与腐烂相关的酸度）弯曲还是远离。

“在ISTA，我们用类似系统研究根系向水生长已有多年，”Friml说。研究所为此专门建造了一台垂直显微镜。“如今，同一套装置帮助我们揭示了相反的反应——根系远离潜在有害线索。与其他趋向性不同，这里的关键角色并非植物激素生长素。”

根系随脱落酸的“节律”起舞

在根系内部，外部信号被转化为生长决策：根表面的细胞检测到根的一侧比另一侧暴露于更强的酸度。这种不均等信号改变了植物激素脱落酸（ABA）在根尖的分布。

结果，根细胞的内部骨架重新排列，使根的一侧生长与另一侧不同，从而根系弯曲远离腐烂的植物材料。

“我们的研究表明，腐烂的植物物质不仅是被动的

营养

来源，”张余周说。“它创造了一个根系能够‘读取’的化学景观。腐性趋向性展示了植物如何

解读

土壤中的微生物活动并据此做出生长决策。”

具有农业和粮食安全意义的基础科学

腐性趋向性——由研究作者创造的新术语，开辟了新的研究途径，例如根系如何解读土壤中的微生物活动。长远来看，更好地理解此类根系行为可能有助于指导农业、土壤

管理

和作物抗逆性方面的实践。

“过度掺入未分解作物残茬的栽培实践可能产生巨大的腐烂区域，超出根系规避能力，可能增加有害微生物暴露并促进根部病害，”张余周解释道。

理解腐性趋向性的分子基础为培育具有更强检测和规避病原体丰富环境能力的作物开辟了新机会。


“未来，通过育种或工程改造具有更强‘避腐’能力的品种，可以通过在感染发生前阻止根-病原体相遇，来补充传统的抗病策略，”他总结道。

（

生物谷）

参考文献：

Zhulatai Bao et al,

Roots navigate around decay regions by sensing local pH gradients

, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adw6568.