关键植物挥发物有助构建跨代防御“地下长城”

浙江大学教授徐建明与研究员胡凌飞团队等揭示了高密度种植（以下简称密植）环境下的关键植物挥发物芳樟醇，如何通过改变土壤化学和微生物组成构建跨代防御的“地下长城”。该研究为破解密植带来的生物障碍风险提供了新思路，也为绿色农业和高效生产模式的构建奠定了理论基础。相关研究成果近日发表于《科学》。

在全球粮食安全与可持续农业的双重挑战下，密植作为提升作物产量的重要手段，已被广泛应用于玉米等粮食作物的现代栽培体系中。密植在高产的同时，带来了生物障碍风险。作物之间更近的距离可能加速病虫害等在田间快速传播，从而威胁作物产量与稳定性。

“在海南地区田间考察时，我们注意到密植田地里中心的玉米植株比外围植株展现出更强的抗虫性、抗病性。”徐建明介绍，他们在逐一排除光照、根系分泌物等因素影响后，将目光聚焦于玉米叶片持续释放的一种天然挥发物——芳樟醇。

他们发现，芳樟醇在密植条件下显著积累，推测是因为在田地内部空气流动相对较弱，更有利于挥发物积累。这种香气在冠层积累，从而触发邻近植株根系茉莉酸信号，促进根系分泌一种名为HDMBOA-Glc的苯并噁嗪的化合物到根际，并显著富集有益的根际细菌，重塑土壤微生物群落。

进一步实验发现，在芳樟醇的作用下，土壤中有益微生物菌群的富集能进一步刺激植物中水杨酸的合成并激活其信号通路，使植物防御能力显著增强，这一过程形成了一个完整的“植物-土壤-植物”的调控闭环。

“植物自身可以合成芳樟醇，其具有令人愉悦的香气，是一种环境友好的化合物。有意思的是，芳樟醇对于土壤环境的影响具有跨个体、跨代次的效果。”徐建明说，土壤的“记忆效应”让这种微生物介导的防御能力可以跨代延续，即便在轮作中，下一季作物依旧能受益于前茬植物留下的有益微生物群落。

通过外源少量施加芳樟醇，团队发现后续作物的根结线虫、真菌病害和病毒病害发生率显著下降，秋行军虫取食量和生长速率降低约10%~30%。这表明，芳樟醇不仅是作物自我免疫的天然“补剂”，更是调控土壤微生物、塑造健康土壤生态的关键信号分子。

徐建明告诉记者：“未来，根据这种植物-土壤反馈机制，我们有望通过调控芳樟醇释放，定向激活根际微生物群落，或通过微生物菌剂形式加强作物防御能力，在不依赖农药的情况下提升作物群体健康度和生产稳定性。”