研究背景与意义 - 高密度种植提高农作物产量但加剧病虫害风险 植物如何调控防御反应尚不明确[2] - 了解植物应对高密度种植的权衡机制对可持续农业至关重要 特别是在全球粮食需求增加背景下[5] 核心研究发现 - 玉米通过叶片挥发物芳樟醇触发植物-土壤反馈机制 在高密度种植条件下强化防御能力[2] - 芳樟醇激活邻近植株茉莉酸信号途径 促进苯并恶嗪类化合物HDMBOA-Glc的根系分泌[2][7] - HDMBOA-Glc分泌物重塑根际微生物组结构 促进特定细菌类群增殖 这些菌群以抑制玉米生长为代价引发广谱抗性[2][7] - 该微生物驱动的反馈循环受水杨酸信号通路调控 水杨酸信号缺失植株未呈现生长-防御权衡表型[2][7] 实验验证 - 实地调查显示密植田内行玉米相比边缘行受草食动物损害较轻但生长更迟缓[7] - 实验室土壤移植实验证实高密度种植驯化土壤降低植株生物量同时增强对昆虫/线虫/病原体的抗性 该效应具有跨基因型和跨物种普遍性[7] - 土壤灭菌和微生物定殖实验证实微生物是构成反馈循环的必要组分[7] 机制与应用价值 - 揭示挥发物触发的反馈机制 整合地上部信号与地下部过程优化高密度环境防御响应[8] - 通过育种改良/微生物接种或合成生物学手段调控该天然防御通路 有望培育抗逆性强/化学投入需求低的新型作物[8] - 对改良土壤健康/设计协调植物生长与防御平衡的可持续农业策略具有重要意义[3]