新加坡国立大学发现植物微生物协同策略

新加坡国立大学-新加坡环境生命科学工程中心（NUS-SCELSE）的研究人员揭示了一种在营养胁迫条件下促进作物生长的隐藏机制——植物与微生物之间的协同策略。

该研究首次提出“跨 Kingdom 适应性权衡”的概念，为发展可持续农业提供了全新思路，相关技术方案已提交专利申请。

2025年10月10日 植物微生物研究 专题一

来自新加坡环境生命科学工程中心（SCELSE）——生物膜与微生物群研究领域的卓越机构——与新加坡国立大学（NUS）的科研团队发现，植物在必需营养元素“硫”匮乏的条件下，能够通过一种意想不到的机制维持健康生长。

研究团队揭示，当土壤微生物在根际（植物根系周围的微域环境）中相互竞争时，会释放一种已知化合物——谷胱甘肽。在缺硫条件下，该物质可有效促进植物生长。然而，这一过程存在代价：植物虽因此获益，部分微生物的生长却受到抑制。

研究人员将这一现象命名为“跨界适应性权衡”：即一个生物界（微生物）牺牲部分生长优势，以换取另一界（植物）在逆境中的生存韧性。

全球性挑战：土壤有效硫持续下降

硫与氮、磷同为植物生长发育的必需营养元素，参与蛋白质合成、维生素代谢及抗逆性调控等多个关键生理过程。

过去，工业活动所排放的含硫污染物曾在一定程度上补充了土壤中的硫含量。然而，随着清洁能源的推广和空气质量管理政策的收紧，大气硫沉降显著减少。这一变化虽然有益于空气质量和公众健康，却意外导致农业土壤中天然硫来源的萎缩。

随着作物持续吸收土壤中的硫元素，土壤缺硫现象日益严重。为应对这一问题，农民越来越多地施用含硫化肥。然而，这种短期解决方案伴随着环境代价：农田径流导致硫元素进入河流、湖泊及其他生态系统，加剧了水体和生态的污染。

新机制揭示：微生物的“自我牺牲”

2025年9月26日发表于《细胞—宿主与微生物》的研究，由SCELSE主导，首次从机制层面阐释了植物与微生物如何协同应对营养胁迫。研究发现，土壤细菌在营养竞争过程中释放的谷胱甘肽，可在缺硫环境下促进植物生长，尽管这一过程会限制细菌自身的增殖。

这种植物适应性的提升，是以部分细菌适应性下降为代价的——体现了不同生物界之间一种普遍的生物学权衡。

“本研究提出了跨界适应性权衡的概念，并揭示了其背后的作用机制，”论文第一作者Arijit Mukherjee博士表示。他当时正在SCELSE与新加坡国立大学生物科学系联合开展博士研究。“植物的适应性不仅取决于其自身特性，更与根际微生物群落密切相关。理解这类权衡机制，将有助于我们设计更高效的微生物策略，以增强作物的抗逆能力。”

2025年10月10日 植物微生物研究 专题二

图示：研究人员发现，土壤微生物在竞争过程中释放的谷胱甘肽，可在硫缺乏条件下促进植物生长。（图片来源：SCELSE）

研究意义与潜在影响

这种跨界适应性权衡很可能广泛存在于多种宿主-微生物系统中，不仅限于植物界。它可能代表了宿主与其共生微生物在面对环境压力时，所采取的一种集体适应策略。

对农业而言，这一发现具有重要应用价值：研究人员可据此设计特定的微生物群落组合（或称“微生物鸡尾酒”），在营养胁迫下自然增强作物健康，从而减少对化肥的依赖。这种基于自然逻辑的解决方案，有望降低农业面源污染、改善土壤健康，并为全球粮食安全提供支撑。

SCELSE主任研究员Sanjay Swarup教授指出：“这项研究为可持续农业的发展提供了新蓝图。通过利用天然的植物-微生物互作机制，我们可以在保障全球粮食供应的同时，减少化肥使用、保护生态环境。”Swarup教授同时担任新加坡国立大学环境研究所副所长及生物科学系教职。

从理论到应用：专利布局启动

为实现该基础研究成果的转化，研究团队已提交一项专利申请，覆盖该植物-微生物机制在农业领域的应用前景。未来有望据此开发出适用于缺硫土壤的生物制剂，帮助作物在低硫条件下正常生长，从而降低对化学肥料的依赖。

“通过同时考量微生物的功能特性及其互作关系，我们能够为农业设计出更加稳定、高效的微生物群落，”Swarup教授补充道，“这是迈向气候韧性型农业体系的重要一步。”