植物如何在有限氮源条件下依然保持良好的生长状态，一直是农业研究的重要课题。

近期，Nature Plants 发表了一项最新研究，通过整合基因组、转录组、根际微生物组和离子组（Ionome）等 1341 组数据，首次系统解析了植物基因如何调控根际微生物，并最终影响根系发育和氮素吸收。

在整个研究过程中，飞纳台式扫描电镜承担了关键的微观验证工作，成功观察并确认功能菌 Sphingopyxis 在油菜根表面的真实定殖状态，为后续功能机制研究提供了直接证据。

PART 01

多组学研究发现：一种关键根际细菌决定植物氮吸收能力

研究团队选择 175 个甘蓝型油菜（Brassica napus）品种，在两个不同生态环境开展田间试验，同时获取：

• 全基因组数据（WGS）

• 根系转录组（RNA-seq）

• 根际 16S 微生物组

• 离子组（Ionome）

• 根系性状数据

最终建立了超过 1300 组配对数据，通过 GWAS、TWAS 及 eQTL 分析构建植物—微生物调控网络。

结果发现，植物根系基因表达不仅能够影响根际微生物组成，而且某些微生物能够显著提升植物对氮元素的吸收，其中 Sphingopyxis 成为整个研究中最重要的功能菌之一。

多组学研究整体流程

PART 02

从预测走向验证：飞纳台式扫描电镜确认细菌真实定殖根表

仅通过测序数据，并不能证明细菌真正附着于植物根表。

因此，研究人员培养获得 Sphingopyxis 菌株，并重新接种到油菜根系，随后利用飞纳台式扫描电镜直接观察根表微观结构。

扫描电镜图像清晰显示：

• 未接种样品根表基本无细菌附着；

• 接种后，大量杆状细菌稳定分布于根表；

• 细菌与根系形成稳定接触，为后续促进植物生长提供物质基础。

扫描电镜提供了直观的形貌证据，使研究者能够确认实验菌株确实完成了根际定殖，而不仅仅停留在分子检测层面，为整套生物学机制研究提供了关键验证。

飞纳台式扫描电镜观察根表细菌定殖

PART 03

扫描电镜之后：揭示细菌促进根系发育的新机制

确认细菌能够稳定定殖后，研究团队进一步开展代谢组和激素分析。

结果发现：

Sphingopyxis 能够合成植物生长素 IAA，并调控植物体内生长素运输，使侧根数量明显增加。

与此同时，DR5::GFP 荧光实验显示，接种细菌后的植物根部生长素信号显著增强，侧根发生更加活跃，最终形成更加发达的根系结构。

更加丰富的根系意味着植物能够获得更大的吸收面积，为氮元素吸收创造了更好的条件。

细菌促进侧根形成

PART 04

根系更发达，植物吸收更多氮

随后研究人员进行了盆栽验证实验。

结果表明，无论单独接种 Sphingopyxis，还是加入人工构建的微生物群落（SynCom），植物均表现出：

• 地上部生物量增加；

• 根系生物量提高；

• 氮含量显著增加；

• 尤其在低氮环境下促进效果更加明显。

值得注意的是，该菌并不是固氮菌，而是通过促进根系发育，提高植物自身吸收氮素的能力，从而改善整体生长表现。

促进植株生长和氮吸收效果

PART 05

总结

这项发表于 Nature Plants 的研究首次通过大规模多组学分析，系统揭示了植物基因如何调控根际微生物，并进一步影响根系发育和氮素吸收。

其中，飞纳台式扫描电镜作为关键表征工具，对 Sphingopyxis 在植物根表的定殖进行了直观验证，为功能菌促进植物生长的机制研究提供了重要的形貌证据。扫描电镜与基因组学、转录组学及代谢组学的结合，也展示了微观结构表征在植物科学和农业生物学研究中的重要价值。