根鞘：一種能提高植物水分與養分利用效率的根系性狀

      當前，全球氣候變化普遍增加了世界可耕地土壤干旱的頻率和強度，從而限制了作物產量。作物生產力同時還受到其營養狀況的影響，例如磷(P)缺乏會改變植物的生理功能并限制產量。然而，干旱脅迫和P缺乏往往同時發生，因為干旱能夠減少植物對土壤P的吸收、運輸和再分配，從而加劇了植物的P缺乏，而缺P又導致根系水力電導率降低加劇干旱響應。在這些資源貧乏的環境中，地下性狀可以提高作物產量。根鞘是一種根系地下適應性狀，根毛較長、較密較高的植物根鞘發育更多，P吸收效率更高。此外，形成較多的根鞘保持了根-土壤界面的接觸，從而幫助植物從干燥的土壤中吸收水分，從而提高了植物在干旱環境中的生存率。因此根鞘是一種能提高植物水分與養分利用效率的關鍵根系性狀。

       近日，福建農林大學資源與環境學院許衛鋒課題組和蘭卡斯特大學Ian C. Dodd課題組在國際知名期刊Plant, Cell & Environment 上發表了題為“Rhizosheath: an adaptive root trait to improve plant tolerance to phosphorus and water deficits?”的綜述論文，詳細綜述了決定根鞘發育的植物遺傳、物理化學和微生物群落因素，并描述了這些因素如何影響干旱脅迫環境中P的狀態，同時還強調改善各種作物中水分和P有效性的具體機制，并最后提出了今后的研究方向。

       根鞘是通過多種機制提高植物水分與養分利用的關鍵根系性狀，它的形成涉及根際多種因素的相互作用（圖1），其中物理（根毛長度和密度）和化學（根系分泌物）機制分別通過包裹和聚集土壤顆粒來決定根鞘的發育。此外，已有研究證實，許多微生物釋放的胞外多糖(EPS)以及揮發性有機化合物能夠極大地影響根鞘建成。同時，根鞘發育QTL的鑒定表明，它是由遺傳決定的（表1）。

       P是植物生長發育必不可少的大量營養素之一，但由于其低擴散速率，它在土壤中很難被植物吸收。在低磷生境中，植物根系釋放分泌物以調動根際養分，而粘液滲出可能是一種克服土壤干旱條件下的P吸收和運輸有的潛在途徑。根鞘土壤的微生物豐度高于非根鞘土壤，這部分歸因于根際沉積物（可能是有機酸）為相關微生物提供了碳源，而植物根部分泌的有機酸和胞外酶（植酸酶和酸性磷酸酶）能從Al、Ca或Fe磷酸鹽或有機P化合物中調動無機磷，從而促進植物對P的吸收。

      根鞘的形成最大限度地減少靠近根系的空氣間隙，同時，根系分泌的粘液也限制了根部周圍空氣間隙，并通過降低根際的水力阻力來提高植物根系吸收水分的能力，根鞘內黏液的膠凝作用也可以減少水分從根鞘土壤到遠離根鞘土壤的流失。