中国农业大学资环学院张福锁院士团队顾少华青年研究员、左元梅教授联合南京农业大学沈其荣院士团队韦中教授合作提出微生物铁载体驱动植物铁营养新范式

12月15日，国际顶级学术期刊《自然-植物》（Nature Plants）在线发表了一篇题为《整合微生物铁载体进入植物铁营养概念框架》（Integrating microbial siderophores into concepts of plant iron nutrition）的重要综述论文。该论文由我校资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院张福锁院士团队顾少华青年研究员、左元梅教授联合南京农业大学沈其荣院士团队韦中教授、西南大学柑桔研究所王男麒副研究员和苏黎世大学定量生物医学系 Rolf Kümmerli 教授等国内外顶尖科研团队共同完成。

研究首次系统提出：在长期被认为由两大经典机制主导的植物吸铁过程中，土壤微生物及其分泌的“微生物铁载体”（siderophores）扮演着被低估的核心角色。基于大量最新实验与文献证据，团队正式提出植物吸收铁的第三种可能机制——机理III：植物可直接吸收微生物—铁复合物。文章阐明了机理III的潜在分子路径，强调其在提升作物铁生物强化、缓解人类缺铁问题中的重要应用前景，从而推动植物铁营养理论由“植物主导”向“植物—微生物协同调控”的新范式转变。

突破经典理论，提出“机理III”新途径

铁是植物生长发育不可或缺的微量元素，但在大多数农田土壤，尤其是中性—碱性土壤中，铁常以难溶形态存在，导致植物难以吸收。缺铁不仅会造成作物叶片失绿、产量降低，还进一步影响粮食中铁含量，与全球“隐性饥饿”问题紧密相关。如何提升植物铁营养，一直是植物营养学和农业科学领域的重要研究课题。

近半个世纪以来，科学界公认植物主要通过两种机理获取铁：双子叶植物的“机理I”（还原吸收）和禾本科植物的“机理II”（分泌植物铁载体螯合吸收）。本研究通过系统整合全球最新研究成果，创新性地指出，在复杂的根际微生态中，上述二分法不足以完整描述植物的铁营养策略。研究团队首次明确提出，植物普遍存在第三条高效途径——“机理III”，即植物根系能够直接吸收利用土壤微生物所分泌的铁载体与铁形成的复合物。这一发现将土壤微生物从传统的“环境因子”提升为植物铁营养获取的“核心参与者”。

阐明协同机制，揭示植物-微生物互作新内涵

论文深入剖析了“机理III”的潜在分子机制与生态学意义。研究表明，根际土壤中微生物铁载体的浓度足以满足植物的铁需求，且植物能够通过根系分泌物（如香豆素）主动“招募”高产铁载体的有益微生物（如假单胞菌等），从而智能化地优化自身的铁营养环境。

对于植物如何利用这些微生物铁载体，论文梳理出三条路径：一是通过经典“机理I”的还原酶进行还原（间接途径）；二是与植物自身铁载体发生配体交换后，通过“机理II”系统吸收（间接途径）；而最高效、最具突破性的则是第三条路径——植物通过特定的转运系统直接吸收完整的微生物铁载体-铁复合物，这正是“机理III”的核心内涵。该途径跨越了植物种类的界限，为不同作物（无论是机理I或机理II植物）利用微生物资源提供了统一的理论框架，展现出巨大的应用潜力。

立足国家需求，引领绿色农业发展新方向

该项理论突破具有深远的战略意义和应用前景。首先，它为利用微生物功能提升作物铁营养、实现“铁生物强化”提供了全新的研究视角和育种靶点，为缓解全球性缺铁性贫血问题提供了农业解决方案。其次，“机理III”范式强调通过调控根际微生物组来增强植物营养，这与我校倡导的“绿色种植”理念高度契合，为发展减肥增效、可持续的绿色农业生产模式开辟了新路径。

本研究是我校实施“人才强校”战略、着力打造高水平创新团队的又一标志性成果。张福锁院士领衔的团队长期扎根于植物-土壤-微生物互作领域，致力于通过理论创新驱动农业绿色发展。此项成果不仅彰显了我校在农业基础前沿研究方面的国际领先地位，也体现了跨学科、跨单位协同攻关解决重大科学问题的强大合力，为保障国家粮食安全与营养安全贡献了重要的农大智慧。

该工作的第一作者为中国农业大学顾少华研究员和西南大学柑桔研究所王男麒副研究员，通讯作者为中国农业大学左元梅教授和南京农业大学韦中教授，中国农业大学张福锁院士、南京农业大学沈其荣院士、苏黎世大学定量生物医学系 RolfKümmerli 教授参与指导了这项工作。相关工作得到了中国国家自然科学基金项目、教育部先导项目和瑞士国家科学基金会的资助。