我國人均耕地資源不足，建立合理的作物間作體系可以提高耕地利用效率，增加單位面積產(chǎn)量，但需要發(fā)揮不同作物在光能和養(yǎng)分利用上的互補(bǔ)優(yōu)勢，減少作物間競爭的不利影響。不同作物根系構(gòu)型不同，吸收養(yǎng)分的類型及吸收的時(shí)間和空間均有差異，如何調(diào)控并強(qiáng)化間作系統(tǒng)中作物間相互促進(jìn)作用是提高養(yǎng)分利用率的關(guān)鍵。根際是作物吸收養(yǎng)分的門戶，根系-土壤-微生物相互作用影響了養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、吸收和作物生長，根系分泌物影響根際環(huán)境條件（pH、O2 分壓、碳源等）從而影響根際微生物組成及其對養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，根系釋放的信號啟動作物間化學(xué)通訊識別過程從而影響作物生長-防御權(quán)衡策略。已有研究從植物生理學(xué)角度揭示了乙烯等脅迫誘導(dǎo)型激素在信號識別和應(yīng)答鄰近植物種間競爭方面的作用機(jī)制，但是關(guān)于這類信號在根系-土壤-微生物界面上的互作機(jī)制仍不清晰，制約了建立有效措施調(diào)控種間植物競爭、提升間作系統(tǒng)作物養(yǎng)分利用率。

花生-木薯是南方紅壤區(qū)重要的間作系統(tǒng)，針對調(diào)控花生和木薯競爭促進(jìn)養(yǎng)分利用問題，中國科學(xué)院南京土壤研究所孫波課題組基于紅壤旱地花生連作、花生-木薯間作田間試驗(yàn)，結(jié)合盆栽、水培實(shí)驗(yàn)和外源乙烯添加實(shí)驗(yàn)，利用高通量測序、激素組分析等方法，研究了種間植物（花生與木薯）地下部化學(xué)信號識別途徑，揭示了花生信號調(diào)控根際微生物的競爭性防御生存策略。研究發(fā)現(xiàn)鄰近植物木薯產(chǎn)生的氰化物可誘導(dǎo)間作花生根系乙烯釋放。該信號分子一方面調(diào)控花生生理應(yīng)答；另一方面可經(jīng)根部釋放重塑根際微生物群落，影響作物養(yǎng)分吸收。研究結(jié)果表明：花生與木薯間作，木薯根部的氰化物促進(jìn)花生根部乙烯前體積累，上調(diào)乙烯相關(guān)基因表達(dá)，激發(fā)乙烯釋放。這種氣體分子以減少花生植株地上生物量為代價(jià)，調(diào)控花生根際微生物網(wǎng)絡(luò)中的核心物種（放線菌門Catenulispora sp.）豐度，重塑微生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。新構(gòu)建的微生物組加速根際有機(jī)氮磷礦化，為花生地下部提供可利用氮磷養(yǎng)分，從而提高花生子代有效繁殖能力，進(jìn)一步提高花生在間作模式下的生態(tài)適應(yīng)性。該研究揭示了種間植物競爭下植物根系與微生物間基于信號的“化學(xué)對話”機(jī)制，提出建立合作關(guān)系以改善植物生態(tài)適應(yīng)性的調(diào)控原理，為在酸化貧瘠紅壤旱地上建立合理的花生-木薯間作管理措施、提高養(yǎng)分利用率和產(chǎn)出率提供了理論基礎(chǔ)。

以上研究成果發(fā)表在Microbiome 上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金資助。