磷是植物生长和生存必需的元素，在土壤有效磷含量低的环境中，植物需调整自身以适应生存。近日，来自广岛大学、西澳大利亚大学、冈山大学、北海道大学、山形大学等机构的研究人员合作，针对原产于澳大利亚西南部低磷土壤地区的针垫山龙眼展开研究，揭示了其适应低磷环境的生存机制，为作物改良带来新希望。

针垫山龙眼是一种大型常绿木本灌木，它通过形成簇根来适应低磷土壤环境。簇根从根轴延伸出大量细小根系，形似瓶刷，能增加根系与土壤的接触面积，提高植物吸收有限资源的能力，助力植物在低养分土壤中生长。此外，簇根还能分泌化学物质和酶，提高土壤中磷等养分的生物利用度。例如，酸性磷酸酶可将有机磷转化为植物易吸收的形式。

尽管研究人员已成功鉴定出簇根分泌的多种提高磷利用率的化学物质，但负责山龙眼科植物(包括针垫山龙眼)簇根分泌和吸收的基因和分子途径尚未明确。为深入了解簇根在分子水平上的作用机制，研究人员对针垫木(此处推测原文“针垫木”为“针垫山龙眼”表述差异)进行了RNA - Seq实验，以确定其簇根中表达的基因，并将研究成果发表于《新植物学家》杂志。

研究团队主要探讨针垫木兰(Hakea laurina，此处原文表述可能有误，结合前文推测研究对象为针垫山龙眼相关)如何在磷含量极低的环境中生存，假设其拥有独特策略，能从丛生根中最大限度释放根系分泌物，这对提高土壤磷有效性至关重要。

研究人员将成熟丛生根中表达的基因与相邻侧根(作为对照)中的基因进行比较，鉴定出4,210个在丛生根中表达水平较高的基因，这些基因与丛生根分泌和吸收增加相关，包括参与根系吸收磷酸盐的磷酸转运蛋白和酸性磷酸酶。京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析表明，丛生根增强了羧酸盐代谢，支持增加苹果酸和柠檬酸等羧酸盐的供应并分泌到低磷土壤中。

其中，针垫山龙眼簇根中高度表达的基因之一是铝激活的苹果酸转运蛋白(ALMT)，研究人员将其鉴定为HalALMT1。它与白羽扇豆(Lupinus albus)苹果酸转运蛋白LaALMT1有51%相同的推导氨基酸序列，后者可将苹果酸分泌到土壤中提高磷利用率。电生理测定和拟南芥的过表达证实，HalALMT1介导的苹果酸被释放到土壤中，在铝存在的情况下活性进一步增强，而铝在酸性土壤中对植物有害。这表明HalALMT1既有助于磷的调动，又有助于降低铝对植物的毒性。此外，HalALMT1在簇根中具有独特表达模式，进一步助力植物在缺磷土壤中生存。

研究论文资深作者、广岛大学生命综合科学研究生院教授Jun Wasaki博士表示，研究结果表明Hakea laurina丛生根的皮层细胞是羧酸盐和酸性磷酸酶分泌的场所，可能有助于根系分泌物的快速释放，木栓化外皮层(扩散屏障)的缺失进一步增强了这一特性，为植物适应磷缺乏提供了新见解。

尽管簇根中新分泌途径的发现为该领域对植物生存机制的理解做出重大贡献，但仍存在其他问题。研究论文第一作者、广岛大学生命综合科学研究生院助理教授Hirotsuna Yamada博士指出，全面了解丛生根的形成和生理功能，找出调控丛生根的关键因子，并将丛生根精妙的磷素获取策略应用于作物至关重要。研究团队计划进一步加深对丛生根的理解，以期将这些知识应用于作物改良。

更多信息： Hirotsuna Yamada 等人，HalALMT1 介导 Hakea laurina 成熟丛生根皮层中的苹果酸流出，这种现象自然存在于严重磷贫瘠的土壤中，《新植物学家》(2025 年)。