中国农业大学：植物化感作用和植物化学识别
植物之间存在“相生相克”，分别由allelobiosis (识别通讯) 和allelopathy (化感作用) 表示。植物化感作用和植物化学识别通讯两者均是由植物产生和释放特定的次生物质影响自身和共存的同种或异种植物，但前者主要是植物向环境释放化感物质抑制邻近植物，而后者则是共存植物通过对释放的信号进行物质识别从而调整生物量分配以及决定是否采用化学防御等策略。事实上，化感作用和化学识别通讯是两个不可分割的植物化学作用过程，植物首先要感知识别共存植物的存在以及身份，然后决定是否启动相应的生物化学应对策略。然而，目前针对植物化感作用和植物化学识别通讯的研究大多数是孤立单向的思路，较少有将两者结合在一起的双向研究。
近日，Plants 期刊发表了中国农业大学资源与环境学院孔垂华课题组撰写的题为“Chemically Mediated Plant–Plant Interactions: Allelopathy and Allelobiosis”的综述文章。该文章全面阐述了近年来植物间通过次生物质介导的植物化感作用和植物化学识别通讯研究进展，尤其是将allelobiosis这一概念具体化，用于评估在植物信号互作过程中邻居检测和身份识别，为植物间化学相互作用提供新的见解。
Allelopathy主要是指植物产生并释放的化感物质抑制邻近植物的萌发和生长的负作用，而allelobiosis是指植物之间发生的中性或有益的作用，与植物通讯和信号转导在概念上具有相似性，但allelobiosis则更加强调化学信号的作用，突出了对化学信号介导的植物间相互作用的具体贡献。此外，植物还可以通过化学信号物质主动对邻居植物检测和身份识别，以实现更有效的资源利用和生存策略。这种现象发生在一个或多个物种之间以及单个物种内部，包括物种识别、自我/非自我识别、亲属识别和品种识别。
信号物质可以在地上和地下同时发挥作用，从而影响植物种群内和种群间的动态。目前植物通过地上挥发物介导的植物化学作用已基本澄清，但根分泌物介导的植物地下化学作用机制及其信号物质还所知甚少。(表1)
根系在植物识别邻居过程中扮演重要角色。植物根系可以通过化学信号对种内和种间的邻居植物做出响应，引发根与根之间的相互作用。植物根系可以区分自我和非自我，进而通过刺激自我根的生长或抑制非自我根的侵入做出响应。此外，为了响应邻居根与根间的相互作用，植物积极改变根系行为模式以缓冲根系竞争，并为自身的生长和适应性提供潜在的优势。土壤是植物间化学相互作用的重要场所，化感物质和信号物质在土壤中的迁移以及被微生物的转化程度，是植物地下相互作用的决定因素。土壤微生物可以影响化感物质和信号物质，在地下生态过程中至关重要。植物可以通过根分泌的化感物质和信号物质塑造土壤微生物。反过来，化学物质介导的土壤微生物群落可以驱动植物-土壤反馈，影响开花和繁殖，从而改变植物适应性 (图2)。
随着分子生物学的发展，信号物质激发植物化感作用的分子机制愈加明确。邻居植物释放的信号通过气孔或角质层进入细胞。在被细胞膜上的受体识别后，进入细胞区室并调节细胞离子通道，触发ROS的爆发并激活MAPK和各种信号通路。随后，被激活的通路进一步调节下游基因的表达，促进次级代谢产物的合成，包括化感物质和植物抗毒素等 (图3)。
植物化感作用和植物化学识别通讯调控的植物种间和种内的相互作用决定着植物的生存和繁衍，并积极地影响植物种群动态以及生态系统生产力。然而，植物间相互作用涉及到多个学科，包括生态学、分子生物学、土壤微生物学和资源与环境科学等。一些新的技术可以通过根际微生物组和地下信号互作的间接方式，揭示化感作用和allelobiosis在植物互作中的重要意义。化感作用和allelobiosis共同影响互作或共存的植物，表现在增长、竞争结果和土壤资源动态的变化。当然，任何影响及其后果都只是物种或物种内个体之间潜在相互作用的一部分。相互作用的总体方向和强度将决定群落动态和结构。这些传统的生态学研究为概念框架带来了关于化学介导的植物间相互作用更广泛的视角，以及将这些相互作用纳入更广泛的群落组织理论的潜力。对化感作用和allelobiosis以及化学物质介导的植物相互作用机制的理解，不仅拓宽了研究人员对生态进化关系的认识，而且也有助于探索改善农林耕作管理的生态学方法，并增强自然和生态系统对环境变化的预测能力。
中国农业大学资源与环境学院孔垂华教授为本文的第一作者兼通讯作者。中国农业大学资源与环境学院博士研究生李政、李凤丽、夏新新，中国科学院沈阳应用生态研究所王朋研究员均参与了本综述的撰写。
期刊内容主要涉植物科学领域的研究，目前已被 SCIE、Scopus 等数据库收录。