中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 任朝霞）現代農業中，土壤板結已成為全球性問題。統計結果顯示，土壤板結疊加干旱脅迫導致的減產可高達75%，因此，需要人工培育根系穿透能力強的作物品種來“協助”植物突圍板結土壤，保證糧食產量。上海交通大學生命科學技術學院張大兵和梁婉琪教授團隊聯合丹麥哥本哈根大學Staffan Persson教授團隊、英國諾丁漢大學Malcolm J. Bennett教授團隊的最新研究成果，首次揭示了植物根系利用工程學原理適應板結土壤：通過主動響應積累的乙烯，精細調控細胞壁厚度，從而促進根系增粗，提高穿透能力以適應土壤板結。相關研究成果日前發表在《自然》雜志。

纖維素是植物細胞壁的“鋼筋”，通常被認為越多越強壯。該研究團隊的發現卻顛覆了這一認知：當用低濃度纖維素合成抑制劑處理水稻時，根系在板結土壤中的穿透能力不降反升。為了驗證這一反常現象，團隊利用基因編輯技術敲除了纖維素合成酶基因OsCESA6，獲得cesa6突變體。CT成像顯示，cesa6突變體在板結土壤中比正常水稻穿透力更強，且這種“超能力”僅在板結條件下顯現。這揭示纖維素合成的精密調控是影響植物根穿透板結土壤的關鍵因素。

研究團隊還從上千個水稻基因中找到了關鍵調控因子OsARF1，并證明了乙烯-OsARF1-纖維素合成酶這條調控鏈路，正是植物應對土壤板結的關鍵策略。

研究團隊首次揭示了水稻根系應對板結土壤的精妙策略——“厚表皮—薄皮層”模型。該研究不僅破解了植物適應逆境的分子密碼，更為未來作物設計開辟了新維度。基于“厚表皮—薄皮層”模型，育種家可以像工程師設計建筑那樣，精準調控不同細胞層的細胞壁特性，培育出具有最優土壤穿透能力的根系，從而減輕農業機械化帶來的土壤板結問題，更好地應對氣候變化導致的土壤退化挑戰。同時也可以擴大板結土壤的利用率，維護作物產量安全。