白洋：破譯微生物密碼，助力綠色農業

白洋和團隊成員在實驗室白洋

倉廩實，天下安。一直以來，糧食安全都是國之大者。其中，水稻作為全球近半數人口的主糧作物，產量直接影響糧食安全，而分蘗數是決定水稻產量的核心農藝性狀，受遺傳和多種環境因子調控。長期以來，根際微生物群落是否參與調控分蘗形成及其分子機制，一直是學界未解之謎。闡明這一問題，將為微生物農業應用及作物綠色增產提供革命性突破。

2025 年4月，北京大學生命科學學院白洋團隊和合作者，在《細胞》發表重磅研究成果，首次系統揭示了根際微生物組調控水稻分蘗的功能與分子機制，成為植物-根際微生物互作研究的教科書級范例。該研究充分延續了白洋團隊2025年3月在《細胞》發表的全球首個作物根際微生物基因組數據庫的成果，進一步利用豐富的菌種資源挖掘調控水稻分蘗的重要菌株。兩項研究形成一個“數據挖掘-功能機制解析”的完整閉環，標志著植物微生物組研究從描述性科學邁向功能機制解析與工程化應用的新紀元，為作物增產與糧食安全提供了突破性科技支撐。

僅僅相隔一月余，便有兩項重量級成果先后問世，白洋及其團隊的成就引得業界驚嘆。而白洋又帶領團隊埋首于新的培養皿中，因為他堅信，在那里，一場顛覆性的綠色革命正悄然孕育。

一場跨越6年的馬拉松

2019年，白洋和5個頂尖科研團隊聯合攻關，組建了一個覆蓋微生物學、作物遺傳學、天然產物化學的攻關聯盟，開始了對根際微生物群落是否參與調控分蘗形成及其分子機制的探索。

研究團隊在廣東的兩塊試驗田內布下了“天羅地網”：他們對 182 種水稻進行了重復種植，便得到了 1000 余個樣本構成的龐大數據矩陣?；谶@ 182 個水稻品種的基因組數據，團隊通過分蘗表型與根際微生物組數據的關聯分析，驚喜地發現根際微生物組對分蘗數變異具有顯著的解釋力（28.2%），且根際微生物組與基因型的互作效應占基因型總解釋量的 79.9%，這一結論令團隊眾人欣喜不已。不僅如此，在兩個獨立試驗田環境中，團隊鑒定出 12 個與分蘗數顯著相關的細菌菌屬：7 個正相關菌屬和5個負相關菌屬。

在傳統認知中，水稻分蘗的性狀主要受水稻自身基因調控。然而，白洋團隊通過近 2000 個樣本的田間觀察發現，即使基因型相同的水稻，在農田中的分蘗性狀也會出現遠超自然變異的顯著波動。也就是說，除了基因，水稻的“日常飲食”以及與水稻朝夕相處的“微生物小伙伴”，在其中扮演著重要角色。

通過研究，團隊發現并證實了特定的根系微生物（如微小桿菌屬）能夠顯著影響水稻的分蘗能力。再結合微生物組學提供的宏觀框架（確認微生物參與）和化學生物學提供的突破口（鎖定微生物分泌的功能物質及其在水稻中的受體蛋白），他們不僅明確了微生物的參與，更在分子層面揭示了其作用機制。

在長達 6 年的研究時間里，團隊成員始終秉持嚴謹求實的工作原則，在該研究領域內首創了“田間大數據篩選”到“實驗室機理深挖”到“結構層面解析”到“田間應用驗證”的閉環研究范式，為未來農業微生物研究提供了新思路。研究的成功，證明了在不改變作物基因的前提下，通過調控微生物來改善作物性狀的可行性，這為綠色農業開辟了新途徑。如今，看著試驗田里金黃的稻浪，白洋的思緒已然飛向更廣袤的田地——如何推動成果落地進而產生社會價值。

一份始終如一的熱愛

這一成果的取得離不開白洋長久以來在根際微生物領域的積累和探索。今年 3 月，白洋團隊建立的作物根際微生物組數據庫（CRBC/CRVC）正式公布，數據庫收錄了 6699 個細菌基因組和 9736 個病毒基因組，將已知微生物物種數擴展近 3倍。

數據庫里，這些肉眼難辨的微生物，其實藏著解決全球糧食安全以及綠色農業發展的生命密碼。白洋解釋稱，植物根際是招募周圍土壤中各種微生物的核心區域。這些微生物定植在根的表面和內部，共同構成根際微生物群落，深刻影響宿主植物，特別是農作物的生長和健康。而數據庫的建立，能夠進一步推動作物根際微生物組研究向機制性、基因組層面的研究進展，并最終促進綠色農業的發展。

作為中國最早涉足根際微生物學研究的學者之一，白洋在這一領域其實算是“半路出家”。做博后時，白洋受其愛人的導師啟發，敏銳地洞察到剛剛興起的微生物組學研究有著廣闊的發展空間，毅然從植物學研究轉向了微生物組學的研究。經過幾年的不懈努力，他突破了“根際微生物中可培養比例不足 1%”的傳統認知，建立了根際微生物的高通量分離培養體系，成功培養了模式植物擬南芥根際中60%以上的細菌種類。這一工作使根際菌群的功能研究成為可能，為微生物組領域從基于測序的描述性研究邁向功能與機制解析奠定了堅實基礎。

2016 年，白洋帶著在微生物組學領域的積累和滿腔熱情，回國發展，先后在中科院和北京大學工作。來到北大后，他持續深耕于根際微生物的相關研究，致力于發現微生物在植物生長和健康中的新功能，并期望將研究拓展至真菌、病毒等更多微生物類群的研究。

一路走來，白洋的科研之路充滿挑戰，但他內心深處對科研價值的認同、對解決問題的熱情以及“為科學工作”的強大內驅力，讓他每每在困難面前，愈戰愈勇。從植物學到微生物組學，從實驗室走向廣袤的田間地頭，白洋探索生命奧秘、服務國家需求的初心始終如一。

白洋篤定著，那些潛藏在植物根系周圍的微小生命，蘊藏著保障未來糧食安全、實現綠色農業的巨大潛能。未來，他將帶領團隊繼續在這條充滿挑戰與希望的道路上闊步前行，“接下來希望能把研究成果進一步產業化。作為科研工作者，讓科研成果惠及社會和大眾，本就是我們的責任?！?/p>