新觀點首提植物吸收鐵第三種策略是微生物鐵載體

近日，南京農業大學沈其榮團隊LorMe實驗室教授韋中聯合中國農業大學張福鎖團隊研究員顧少華、教授左元梅，西南大學柑桔研究所副研究員王男麒和蘇黎世大學定量生物醫學系教授 Rolf Kümmerli 在國際期刊《自然—植物》上發表綜述論文，提出植物可通過直接吸收微生物鐵載體結合鐵的“機理III”途徑獲取鐵元素。該文章闡明了機理III的潛在分子路徑，強調其在提升作物鐵生物強化、緩解人類缺鐵問題中的重要應用前景，從而推動植物鐵營養理論由“植物主導”向“植物—微生物協同調控”的新范式轉變。

鐵不僅對人重要，對植物同樣至關重要。鐵是植物進行光合作用、呼吸作用和DNA修復等生命活動的關鍵元素。然而，在大多數土壤中，尤其是中性或堿性土壤，鐵雖含量豐富，卻難以被植物吸收，這就導致植物“缺鐵性饑餓”。這種饑餓不僅會使作物生長緩慢、葉片發黃，還會導致糧食中鐵含量不足，進而影響人類健康，造成全球性的“隱性饑餓”。

對于植物如何從土壤中獲取鐵，科學界曾提出了兩個經典理論——還原法（機理I）和螯合法（機理II）。前者通過酸化土壤并把難吸收的三價鐵還原為二價鐵來吸收；后者則依賴植物自身分泌的有機物——“植物鐵載體”（稱為植物螯合物）來捕獲土壤中的鐵，再被植物根部吸收。

該文章提出，植物獲取鐵元素的策略遠不止這兩種方法，植物還可以直接利用土壤中微生物分泌的“鐵載體”吸收鐵。這種新的策略，被命名為機理III。

土壤中生活著成千上萬種微生物，它們也需要鐵，并會分泌一種具有強大“捕鐵”能力的天然分子——微生物鐵載體。這些分子就像“強力磁鐵”，可以溶解和抓取土壤中難以利用的鐵元素。

研究發現，這些微生物鐵載體不僅幫助微生物自身，還能為植物“送鐵”！多種研究顯示，當植物生長在“滅菌土壤”（沒有微生物）中時，明顯會出現缺鐵癥狀，而在含有豐富微生物的自然土壤中，植株則鐵營養更好。

文章指出，植物可以直接吸收微生物鐵載體—鐵復合物（即鐵與微生物鐵載體結合后的形式），就像直接吃“打包好的鐵營養”，而不需要通過還原或替換配體等復雜過程。研究團隊提出了三種可能的吸收途徑，包括：植物常規鐵載體運輸蛋白也可能運輸微生物鐵載體—鐵復合物；植物可能存在未知的專門微生物鐵載體運輸蛋白；甚至可能通過胞吞作用，將整個微生物鐵載體-鐵復合物“吞”進去。

這些發現打破了傳統“植物只能靠自己吸鐵”的認知，首次把植物鐵吸收機制拓展為生態協同過程——植物、土壤和微生物之間，相互合作，共同完成鐵營養的獲取。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-025-02171-x