植物的智慧：通过工程方法突破坚硬土壤的惊人机制

1. “过于坚硬的土壤”正在威胁全球的餐桌

与无人机和AI相比，还有一个更为低调但却严重的“农业技术问题”，那就是**土壤压实**。

每当大型拖拉机或收割机多次在田地上行驶时，地面下的土壤就会被紧紧压实。此外，气候变化导致干旱增加，干燥的土壤变得更加紧密，根系进入的空间越来越少。据Phys.org报道，这一问题在现代农业的许多地区已经显现，导致作物无法充分扎根，造成生长不良和减产。Phys.org

根据中国上海交通大学的解说，土壤板结和干旱叠加时，产量可能会下降最多75%。news.sjtu.edu.cn

看不见的“过于坚硬的土壤”正在逐渐影响全球的粮食安全。

那么，如何攻克这种“如同混凝土般的土壤”呢？

2. 植物能感受到“痛苦”——关键在于激素乙烯

农业学者们早就观察到，当土壤变硬时，根会变粗。然而，“如何控制这种变化？”的机制长期以来一直是个谜。

这次，哥本哈根大学、上海交通大学和诺丁汉大学等国际团队终于揭开了这一幕后机制。研究成果将于2025年11月发表在Nature上，并在Phys.org和哥本哈根大学的新闻网站上向公众解释。Nature

关键在于积聚在根周围的乙烯这种植物激素。

1. 土壤被紧紧压实

2. 被困在缝隙中的乙烯在根周围积聚

3. 接收到乙烯的根细胞判断“这里很硬”，进入应急模式

从这里开始，是这篇论文的亮点。

3. 根的内部柔软，外部如铁管——“工程学”的调节

研究团队主要以水稻为模型，高分辨率观察根的截面。结果发现，乙烯增加时，名为OsARF1的基因被激活。Nature

这个基因是称为“转录因子”的调控角色，削弱了纤维素合成酶（CESA）群的作用。于是，位于根中部的“皮层”细胞壁变得薄且柔软，细胞容易膨胀。另一方面，最外层的“表皮”细胞壁则被调节为厚且硬。Phys.org

结果是，

• 内部：柔软且易膨胀的海绵状

• 外部：坚固的壳

形成了如**“蓬松的内部+铁管的外部”**的结构。

根据哥本哈根大学的解释，这种状态相当于工程学中的**“不易屈曲的管道”**。管道的直径越大，外壁越厚，越不容易在受压时弯曲。哥本哈根大学新闻

根也是如此，中央膨胀变粗，外部得到加强，从而作为**硬土的“生物楔”**发挥作用。Phys.org的文章照片也展示了在柔软和坚硬土壤中，根的长度和粗细变化明显。Phys.org

4. 增强开关，能更深入

研究并未止步于此。团队还研究了调整OsARF1等转录因子的量，根的反应会有多大变化。

• 增加这些因子，根会更强壮更粗，能深入坚硬的土壤

• 相反，削弱其作用，根在紧实的土壤中会很快停止

这一结果已被证实。Nature

也就是说，植物已经具备“硬土模式”的程序，通过提高其敏感度，可以设计出在困难条件下也能生长的作物。

论文还指出，不仅在水稻中，在模式植物拟南芥中也确认了部分机制，这条“乙烯→OsARF1→纤维素调节”路径可能在多种作物中广泛应用。Phys.org

5. “耐硬土品种”能否成为农业的游戏规则改变者

土壤压实在欧洲、亚洲、北美等许多地区已成为问题，尤其是在干旱年份拖拉机无法进入或不得不使用重型机械的大规模农业中影响更大。EurekAlert!

迄今为止的对策是

• 减少重型机械的行驶

• 降低轮胎或履带的接地压力

• 通过免耕栽培或覆盖作物使土壤恢复松软

等“改善土壤”的方法。

此次研究为此提供了一张新牌，即**“改变植物的设计”**。

• 从现有品种中选拔乙烯响应强的系

• 利用基因标记控制根的粗细和纤维素量

• 未来通过基因组编辑微调开关的开关

等育种途径已显现。当然，基因操作的社会接受度和监管等问题仍需解决，但“硬土中根不败”的特性在干旱增加的世界中将是极具吸引力的目标。

6. SNS的反应：从研究者的兴奋到农民的现实期待

虽然论文本身专业性强，但自预印本在bioRxiv上发布以来，植物科学社区的X（前Twitter）上已经成为热门话题。许多帖子介绍了研究标题和链接，或分享了Nature发表的新闻。BioRxiv

浏览英语圈和汉语圈的SNS，大致可以分为以下几种类型的反应（总结了个别帖子的印象）。

① 研究者和学生的“纯粹有趣！”

• “根部使用工程原理，真是太酷了”

• “乙烯和纤维素的关系，想在课堂上讨论”

• “这作为生物力学教材也很完美吧？”

实际上，论文中的图表清晰显示了根的截面哪里柔软，哪里坚硬，难怪有人想给学生看。

② 农民和农业科技界的现实期待

• “如果在土壤压实严重的地区出现这种根系的品种，将会有帮助”

• “可能需要为每个产地开发‘抗压品种’”

• “必须将机械化和品种改良结合考虑的时代到了”

中国媒体强调，土壤板结和干旱的结合是造成减产的重要因素，从农民的角度来看，这项研究的影响力也很大。新浪财经

③ 环境和气候社区的谨慎视角

• “根变强是好事，但是否可以继续使用压实土壤的耕作方法？”

• “只有与再生农业结合，才能真正发挥作用”

也就是说，不仅仅依赖“耐硬土作物”，还应与不压实土壤的耕作方法的转变结合讨论。

④ 普通用户的简单惊讶

• “植物在地下进行这样的智力游戏！？”

• “看起来像是在模仿人类的工程学，真有趣”

Phys.org的文章标题“Plants use engineering principles to push through hard soil（植物利用工程原理突破坚硬土壤）”非常适合在社交媒体上传播，许多用户对此短语反应热烈。##HTML_TAG_427