植物與根系微生物群的共生關系

根圍的環狀區域在植物每個根和根毛周圍延伸幾毫米到1 厘米左右的地方，也是根系微生物群聚集的地方。根圍處每單位面積包含的有機生命體，比土壤中其他地方甚至地球上其他任何地方都要多。

根圍處的生命活動非常繁忙，原因很簡單：植物通過使用最古老的生存技巧之一——為微生物提供免費食物，讓根圍成為一個熱鬧的生物“集市”，最終讓自己獲益。人類也常這樣做。例如，早上同事見面，有人帶來甜甜圈與大家分享，有人愉悅地接受免費的甜甜圈。不管你是施予者還是接受者，熱鬧融洽的氣氛顯然能增強同事間的友好關系。

植物提供免費食物的目的是為了招攬有益微生物來到根圍處。猜猜都有誰來吃這些植物化學物質呢？饑餓的細菌、真菌和其他微生物。它們對植物滲出液，特別是對碳水化合物，有著近乎永不滿足的胃口，植物為它們提供了現成的能量。

除了植物分泌物，根圍的微生物還吃土壤中的有機物，并將其轉化為植物所需的養分和化合物。有機物在進入植物的綠色身體之前，要先通過土壤中的許多其他小動物（如蚯蚓和節肢動物等）將它們分解。有機物經過小動物分解后，成為土壤中更小的居民（其中最小的是微生物）的食物。在這個吃與被吃的化腐朽為神奇的食物鏈接力賽跑中，最后接過有機物傳送接力棒的就是土壤中的微生物。

富含有機質的土壤就像富含纖維的人類飲食，前者是植物根系的營養來源，后者是人類腸道微生物群的重要食物來源。有機物補充土壤養分，推動土壤生命的進食、排泄和死亡循環，支撐整個植物世界。土壤中的微生物糞便富含氮、磷和鉀，死亡的微生物更是一種現成的豐富氮源。

但氮、磷、鉀營養素只起到促進生長的作用。一個營養良好的根系微生物群還為植物提供肥料和殺蟲劑“飲食”所無法提供的基本礦物質和微生物代謝產物，以及對植物綠色身體整體健康至關重要的其他化合物。

以有機物和植物滲出液為食的根系微生物群能為它的植物宿主做些什么呢？很多。

先從菌根真菌說起。食物充足時，它們不僅從巖石塊中開采礦物質，還直接將其帶到植物家門口，甚至帶到植物的綠色身體內。根據農學家們的記錄，如今作物中的這些礦物質正在逐年減少。

對植物健康至關重要的礦物質有十幾種，它們在植物中發揮很多作用。例如，鋅和鐵這樣的常見元素有助于水果和蔬菜的生長，不常見的鉬可幫助植物更好地利用氮，并將陽光轉化為碳水化合物。

由于各種原因，植物根系通常需要外來助力，才能吸收足夠數量的礦物質，而菌根真菌就是這樣的好助手，它們可使植物單位根長的養分吸收量增加1～3 倍。真菌的根狀菌絲就像遠距離的導管，起著延伸植物根系的作用。菌絲的一端連著植物的根，另一端連接到礦物質的儲藏地。土壤中有著豐富的礦藏，但植物根系憑借自身往往得不到它們。

真菌為植物輸送穩定的礦物質是有條件的，那就是植物要交出它們的營養滲出物。當植物可以從肥料中免費獲得氮磷鉀時，它們排出的滲出物就會減少，此時菌根真菌就不會為植物免費提供礦物質和磷。另外，氮、磷、鉀肥料中的殺蟲劑成分會干擾土壤中的養分傳遞，擾亂菌根真菌與其植物宿主之間的化學信號。

根系微生物群還可為植物進行有益的轉化工作。某些有益菌會吃掉色氨酸——根分泌物中的一種氨基酸，然后以吲哚-3- 乙酸的形式返回植物體內。吲哚-3- 乙酸是植物最重要的生長激素之一，可以讓根系長得更長，長出更多的側根和根毛，更廣泛的根系可以讓植物吸收更多養分，將更多的分泌液泵入土壤，吸引更多的有益微生物，而后產生更多的吲哚-3- 乙酸，從而產生一個雙方共贏的良性循環。

另外，植物可以利用根系微生物群來擊退一些病原體，如廣泛分布的假單胞桿菌，這種致病細菌會侵害植物的葉、莖、芽和花，造成嚴重感染，讓植物生病。當假單胞桿菌出現時，植物會將化學信息傳遞到它的根部，根細胞開始釋放蘋果酸，起到像牧羊人哨子的示警作用，于是，有益菌枯草芽孢桿菌開始在根部生長，這標志植物的反擊行動開始：它們忙于制造植物化學物質和其他防御化合物來擊退假單胞桿菌。不止于此，枯草芽孢桿菌還誘導植物關閉葉片表面被稱為氣孔的微小開口，阻止更多的假單胞桿菌偷偷溜進植物城堡內。

在根系微生物群發出的化學信號和害蟲攻擊的雙重警示下，植物開始啟動“化學工廠”，補充現有的“軍火庫”和“制藥廠”的“存貨”。單株植物可能包含數百到數千種不同種類的植物化學物質，也叫作植物素。一些植物化學物質，如在卷心菜家族中發現的硫代葡萄糖苷，被微生物食用后會轉化為“芥子油炸彈”，讓入侵植物的害蟲有來無回。另一類叫做苯并噁嗪的植物化學物質可執行復雜的信號，玉米、小麥和黑麥等禾本科植物利用這種化學物質來抵御微生物病原體。

為什么人們使用的防曬霜中含有β- 胡蘿卜素？因為它可以防紫外線輻射。β- 胡蘿卜素也是植物用來免受紫外線侵害的植物化學物質。另一種類黃酮能吸引生活在植物根部的各種細菌，讓它們將氣態氮轉化為植物可以利用的形式。其他類型的類黃酮可以在根系微生物群的幫助下溶解根圍處的鐵、銅和鋅，讓植物能夠更好地吸收這些重要的礦物質。