“垃圾食品”破坏植物根围与微生物的共生关系

在植物下面我们看不到的土壤里，有一个被称为“根围”（围绕植物根系的区域）的地方，那是一个充满生机的地方，只有深入探究地底下的生态，才能从植物的视角来更好地理解植物的生长与植物的健康。

植物的每一条根系或根毛都拥有自己的根围，根围延伸的范围可从几毫米到1米左右，在这个特殊范围内生存着特殊的根系微生物群落。在植物根系附近的土壤中，根围单位面积所含的生命数量比土壤中其他地方多得多，有人甚至认为比地球上其他任何地方都多得多。

根围内是生命活动最活跃的地方，其原因其实很简单：植物利用了生命生存中最古老的手段——提供免费食物——让它的根围成为生物学上一个热闹繁荣的“集市”。人类不也是在做着同样的事情吗？如果你一大早带来几个香喷喷的甜甜圈，你的同事就会被吸引过来，围在你边上，想要从你手里拿一个来尝尝了。

植物根部与微生物的互动关系

植物“工厂”提供“免费食品”当然是有目的的，用以招揽有益微生物来它的根围处生活。你一定想知道，哪些生物对植物化学物质等“食物”感兴趣呢？是土壤里的细菌、真菌和其他的微生物，它们感兴趣的除了植物渗出液之外，还有能够迅速给它们提供能量的碳水化合物。

除了吸引植物的渗出液外，根围微生物还吃土壤中的有机物质，并将这些有机物质转化为植物所需要的养分和化合物。土壤中的一些有机物质要经过大量其他生物的“处理”，才能被植物吸收。每年秋天，树上都会掉下大量树叶，一些体型更大的土壤生物，如蚯蚓和节肢动物，对树叶进行首次分解处理。经过它们的咀嚼、分解，树叶变成更小的碎片，成为土壤中一些更小生物的食物。这种有机物质经过土壤食物链的一路传递，最后成为土壤中最小生物——微生物的食物。在吃與被吃的循环中，实现了大自然化腐朽为神奇的奇迹，在生命轮回的接力赛中，微生物是最后接过有机物质这根接力棒的“运动员”。

土壤中富含的有机质就像人类所需富含纤维的饮食，它们对于植物和微生物来说都是重要的食物来源。只要土壤中有源源不断的有机物补充，支持整个植物生态中生命的“吃喝拉撒”，植物生态中生命的生长与死亡的循环就会生生不息。土壤微生物在活着时能为植物提供富含氮磷钾的肥料，死亡后的微生物也是极其丰富的氮的来源。

不过，氮磷钾只能给植物生长提供所需要的“燃料”，而根系微生物群除了氮磷钾之外，还能给植物提供化肥和农药所不能提供的完整的营养物质，包括保证植物健康的重要的矿物质和各种微生物代谢物和其他化合物。

以有机物质和植物渗出液为食的根系微生物可为植物宿主做很多事情。例如，菌根真菌在营养充足的情况下，不仅能够从岩石中开发矿物质，还会将这些矿物质放在植物的“家门口”，有时甚至还能将矿物质直接送入植物体内，其中包括农学家发现近年来在植物中含量越来越少的一些矿物质。

对植物健康必不可少的矿物质约有十多种，它们对植物健康起着许多重要的作用。如我们熟悉的锌和铁，是植物生长所需要的“水果和蔬菜”，钼可以帮助植物利用氮并可促进植物进行光合作用转化二氧化碳为碳水化合物。

然而，由于多种多样的原因，植物根系通常需要外来帮助才能获得足够多的大量矿物质，菌根真菌就是植物的好帮手，它们可将植物根系的营养吸收能力提高一至两倍。与植物根外形相似的真菌菌丝就像管道一样，可长距离给植物输送营养，延长和扩展了植物根系吸收营养的范围。菌丝的一端与植物的根系相连，另一端则延伸到储存有大量矿物质而植物根系本身却鞭长莫及的地方。如果没有菌根真菌的帮忙，植物本身根本无法吸收到较远处的营养。

但天底下并无免费的午餐，这一规则在植物与微生物的共生系统中也同样适用，只有植物“交出”它们富含营养的渗出液时，真菌才会源源不断地给植物提供稳定的矿物质营养物。而当植物可以获得免费的氮磷钾化肥时，它们分泌的渗出液会越来越少，在这种情况下菌根真菌为植物提供矿物质的行为几乎得不到回报，那么，它对植物的贡献也将越来越少;同样地，与氮磷钾化肥一起进入植物“食谱”的农药也会干扰菌根真菌和植物宿主之间正常的营养交流和化学信号的传递。

在植物根系与微生物处于正常共生生态环境时，根系微生物还可以为植物做营养转化传输的工作，即某些有益菌会吸收植物根系分泌物中的色氨酸，然后将这种氨基酸转化为吲哚-3-乙酸返还给植物。吲哚-3-乙酸是植物世界中最重要的生长激素之一，它可以让植物根系长得很长，并向横向发展，长出更多的根来。植物根系越发达，吸收到的养分也越多，同时也能向土壤中注入更多渗出液，招揽更多的微生物进入它的根围范围，为它提供更多的吲哚-3-乙酸，由此形成植物与微生物之间的一种典型的正反馈循环。

或许最令人惊讶的是，植物还可以招募根系微生物来帮助它们击退病原体。如广泛分布的假单胞菌是寄生于植物叶子、茎芽和花朵的一种致病细菌，会给植物造成严重感染，导致植物生病。当假单胞菌出现时，植物将化学信息发送到根部，根细胞释放出苹果酸，起到像牧羊人的口哨一样的示警作用。这种示警信号让周围的植物开始行动起来，产生更多的植物化学物质和防御性化合物质来击退假单胞菌;枯草杆菌也闻风而来，开始聚集在植物根系周围，诱发植物关闭树叶表面叫做气孔的小孔，防止更多的假单胞菌进入植物“城堡”。

植物消耗大量的能量生产和输出含有糖分、维生素、有机酸和植物化学物质的渗出液，虽然代价不菲，但回报也是巨大的，尤其是植物化学物质。一株植物可能包含有成百上千不同的植物素，研究最多的植物化学物质之一的多酚类就拥有超过8000种不同的种类。

在根系微生物发出化学信号以及对害虫采取直接攻击行动的刺激下，植物化学素制造工厂开始迅速补充库存。一些植物素，如卷心菜家族中的芥子油甙，甚至还会转变成“芥子油炸弹”来“迎接”胆敢向植物张嘴侵袭的有害昆虫。只要咬上一口这含毒“炸弹”，侵犯者不是即刻丧命，就是亡命逃窜。另一组名为苯并恶唑嗪酮的化合物，可向玉米、小麦和黑麦等禾本科作物发出复杂信号，驱逐微生物病原体。

正如防晒霜中要加入β-胡萝卜素来增加抗紫外线辐射一样，β-胡萝卜素也是一种保护植物免受紫外线辐射的植物化学素。还有一种叫做类黄酮的植物素，可以吸引生活在植物根系的各种细菌，这些细菌能将氮转化为植物可以吸收的形式。还有一些其他类型的类黄酮，在根系微生物的帮助下，可溶解根围处的铁、铜和锌等，让植物更易吸收这些重要的矿物质。