仓廪实，天下安。一直以来，粮食安全都是国之大者。其中，水稻作为全球近半人口的主粮作物，其产量直接影响粮食安全，而分蘖数是决定水稻产量的核心农艺性状，受遗传和多种环境因子调控。长期以来，根际微生物群落是否参与调控分蘖形成及其分子机制，一直是学界未解之谜。阐明这一问题，将为微生物农业应用及作物绿色增产提供革命性突破。

2025年4月，北京大学生命科学学院白洋团队和合作者，在《细胞》发表重磅研究成果，首次系统揭示了根际微生物组调控水稻分蘖的功能与分子机制，成为植物-根际微生物互作研究的教科书级范例。该研究充分延续了白洋团队2025年3月在《细胞》发表的全球首个作物根际微生物基因组数据库的成果，进一步利用丰富的菌种资源挖掘调控水稻分蘖的重要菌株。两项研究形成一个“数据挖掘-功能机制解析”的完整闭环，标志着植物微生物组研究从描述性科学迈向功能机制解析与工程化应用的新纪元，为作物增产与粮食安全提供了突破性科技支撑。

白洋在工作中

仅仅相隔一月余，便有两项重量级成果先后问世，白洋及其团队的成就引得业界惊叹。而白洋又带领团队埋首于新的培养皿中，因为他坚信，在那里，一场颠覆性的绿色革命正悄然孕育。

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一场跨越6年的马拉松

与北京相隔数千里的广东，182个品种的水稻在潮湿的季风中摇曳。岭南雨热同期，水稻一年可以种植两季，收割两次，其中的某些地区，水稻甚至可以一年种3季，收割3次。

2019年，白洋联合崖州湾国家实验室/中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究员、华南农业大学储成才教授、南方科技大学黄安诚研究员、中山大学肿瘤防治中心高嵩研究员带领的5个顶尖科研团队联合攻关，组建了一个覆盖微生物学、作物遗传学、天然产物化学的攻关联盟，开始了对根际微生物群落是否参与调控分蘖形成及其分子机制的探索。

6年，2000多个日子，十几季的生长与成熟，反复的实验。研究团队在广东的两块试验田内布下了“天罗地网”：他们对182种水稻进行了重复种植，便得到了1000余个样本构成的庞大数据矩阵。

基于这182个水稻品种的基因组数据，团队通过分蘖表型与根际微生物组数据的关联分析，发现根际微生物组对分蘖数变异具有显著的解释力（28.2%），且根际微生物组与基因型的互作效应占基因型总解释量的79.9%，这一结论令团队众人欣喜不已。不仅如此，在两个独立试验田环境中，团队鉴定出12个与分蘖数显著相关的细菌菌属：7个正相关菌属和5个负相关菌属。

简单来说，大众传统认知中，水稻分蘖的性状主要受水稻自身基因调控。然而，白洋团队通过近2000个样本的田间观察发现，即使基因型相同的水稻，在农田中的分蘖性状也会出现远超自然变异的显著波动。也就是说，除了基因，水稻的“日常饮食”以及与水稻朝夕相处的“微生物小伙伴”，在其中扮演着重要角色。

通过研究，团队发现并证实了特定的根系微生物（如微小杆菌属）能够显著影响水稻的分蘖能力。再结合微生物组学提供的宏观框架（确认微生物参与）和化学生物学提供的突破口（锁定微生物分泌的功能物质及其在水稻中的受体蛋白），他们不仅明确了微生物的参与，更在分子层面揭示了其作用机制。

白洋和团队成员在实验室

长达6年的研究时间里，团队成员始终秉持严谨求实的工作原则——田间现象必须实验室重现，活性物质必须解析机制，最终再回归田野验证。这种“田间大数据筛选—> 实验室机理深挖—> 结构层面解析—> 田间应用验证”的闭环研究范式，在该领域堪称首创，在许多重要关头，成为了团队取得突破的关键，也为未来农业微生物研究提供了新思路。

数量庞大的研究对象只是研究必须克服的基础性困难。6年间，还有许许多多意料之外的挑战埋伏在研究道路上：分蘖研究体系在实验室中的建立、功能化合物的发现，以及这些化合物与受体结合的晶体结构解析，其中每一步的推进都伴随着诸多不确定性，但每一次突破也都带来了令人振奋的进展。

水稻分蘖机制研究的成功，证明了在不改变作物基因的前提下，通过调控微生物来改善作物性状的可行性，为绿色农业开辟了新途径。如今，看着试验田里金黄的稻浪，白洋的思绪已然飞向更广袤的田地——如何推动成果落地，产生社会价值，白洋积极思索着。

白洋在实验室指导学生

02

一段充满挑战的冒险之旅

这一成果的取得离不开白洋长久以来在根际微生物领域的积累和探索。今年3月，白洋团队建立的作物根际微生物组数据库（CRBC/CRVC）正式公布，数据库收录了6699个细菌基因组和9736个病毒基因组，将已知微生物物种数扩展近3倍。

数据库里，这些肉眼难辨的微生物，在白洋眼中构成一个比银河系更浩瀚的宇宙——不仅奥秘无穷、充满乐趣，更藏着解决全球粮食安全以及绿色农业发展的生命密码。

白洋解释称，植物根际是招募周围土壤中各种微生物的核心区域。这些微生物定植在根的表面和内部，共同构成根际微生物群落，深刻影响宿主植物，特别是农作物的生长和健康。而数据库的建立，能够进一步推动作物根际微生物组研究向机制性、基因组层面的研究进展，并最终促进绿色农业的发展。

白洋生活照（图片由受访者提供）

作为中国最早涉足根际微生物学研究的学者之一，白洋在这一领域其实算是“半路出家”。

在风景秀丽的珞珈山畔，白洋度过了自己本科和硕士的时光，几年间，他打下了扎实的生物学研究基础。谈及大学时的专业选择，白洋笑言，“当时都说‘21世纪是生物的世纪’，那时候少年热血，觉得自己得为社会做点实事，所以怀揣着梦想，走进了‘生物的世纪’”。硕士阶段，白洋考虑到当时国内植物学的发展态势良好且与国际差距相对较小，于是选择了在植物学继续深耕。直到去德国读博，白洋依旧稳稳当当地走在植物学研究的道路上。

转折发生在白洋博士后阶段。白洋爱人的导师是当今微生物组学领域的奠基人之一，受其启发，他敏锐地洞察到这一刚刚兴起的研究领域有着广阔的发展空间。尽管这意味着放弃已有的课题成果和此前多年的诸多积累，再三思索后，白洋还是毅然转向了微生物组学的研究，成为了中国在该领域早期的探索者。

这是一次大胆的挑战，也是一次充满未知的冒险。一切清零，从头来过，在这片当时尚未有很多人涉足的“蛮荒之地”，白洋没有畏缩与犹疑，先“开垦”了再说。博后期间，他恶补跨学科研究需要掌握的各种知识，积极与相关领域的学者沟通交流，经过几年的不懈努力，他突破了“根际微生物中可培养比例不足1%”的传统认知，建立了根际微生物的高通量分离培养体系，成功培养了模式植物拟南芥根际中60%以上的细菌种类。这一工作使根际菌群的功能研究成为可能，为微生物组领域从基于测序的描述性研究迈向功能与机制解析奠定了坚实基础。

彼时，身处异国，导师常常对白洋说，希望他学成以后，能把德国的科研和创新体系带回中国，让科研的火种在古老的东方大地烧得更旺些。殷切的嘱托深深地激励着白洋，让他更感身上的责任之重。

2016年，白洋带着在微生物组学领域的积累和满腔热情，回国发展，先后在中科院和北京大学工作。来到北大后，他持续深耕于根际微生物的相关研究，致力于发现微生物在植物生长和健康中的新功能，并期望将研究拓展至真菌、病毒等更多微生物类群的研究。

回国这些年，白洋欣喜于国内科研界翻天覆地的崭新变化，遍地开花般的成果更让白洋产生一种时不我待的迫切感。如今，研究之余，他还肩负着每年超100课时教学重任。他笑言，回国后，自己反倒更“卷”了，很多时候除了睡觉就是科研。但他并不觉得自己多么辛苦， “为科学工作，其实价值感拉满，即使‘007’，也其乐无穷”。

白洋带儿子在“科学探索奖”领奖现场（图片由受访者提供）

03

一份始终如一的热爱

一路走来，白洋的科研之路充满挑战，但他内心深处对科研价值的认同、对解决问题的热情以及“为科学工作”的强大内驱力，让他每每在困难面前，愈战愈勇。无论身处何方，无论何种身份，20余年来，白洋对科研的那份热爱始终不曾褪色。

在他看来，科学研究的生命力在于拓展人类认知边界，研究必须立足原创并针对重要科学问题展开，去努力实现从“0”到“1”的突破。同时，现代科研的复杂性，要求研究者必须学会合作，实现优势互补。“作为研究者，我们必须明确自身目标，了解自身边界，在非自己专业领域的关键环节，积极寻求合作。这也要求我们树立终身学习的观念，将学习‘常态化’，保持开放的心态。”

对青年研究者，他希望大家都能集中精力努力做好重要的事，并认识到科研回报的长期性。“如果我们把一个领域的知识比作一颗树，那么那些越接近树干的、能够延伸新枝的枝丫肯定就越重要。”白洋补充道。

白洋最看重的还是执行力。一个好想法固然重要，但将其高质量地完成才是研究者的核心竞争力。“做博后时，我的导师跟我说过一句话，‘聪明人常有相似的想法’，一开始我不以为然，后来有次学术会议上，一位与我相隔千万里的学者做了一个跟我几乎完全一样的墙报，我们俩互相不认识，墙报内容在那之前也没可能泄密。”这段经历，带给白洋极大的触动，其中细节，他至今记忆犹新，这也督促他在其后的研究中，不敢有丝毫的拖延和懈怠，“现在我也常跟学生说，光有想法还差得远，关键是要把想法做出来，最后一较高下的还是完成度”。

白洋和团队成员合影（图片由受访者提供）

从植物学到微生物组学，从实验室走向广袤的田间地头，白洋探索生命奥秘、服务国家需求的初心始终如一。他笃定着，那些潜藏在植物根系周围的微小生命，蕴藏着保障未来粮食安全、实现绿色农业的巨大潜能。未来，他将带领团队继续在这条充满挑战与希望的道路上阔步前行，“除了基础研究，接下来希望能把研究成果进一步产业化。作为科研工作者，让科研成果惠及社会和大众，本就是我们的责任”。

白洋，北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心研究员，博士生导师。长期从事根际微生物组与植物互作领域的研究，从菌群与植物协同互作的角度探索植物生长与健康的机理。研究成果以通讯作者身份发表在Cell、Nature、Science、Nature Biotechnology、Nature Microbiology等期刊，入选2022、2023、2024年度科睿唯安“全球高被引科学家”。主持国家重点研发专项“非病原微生物与农作物良性互作机理”、国家自然科学基金委重点项目等课题。入选青年千人计划、万人计划领军人才、Rising Stars in Plant Sciences 2022，获得CSPB杰出青年科学家奖，第五届腾讯“科学探索奖”。

信息来源 | 融媒体中心

文字 | 马思捷

摄影 | 苟苏恒

编辑 | 晏如

责编 | 安宁

排版 | 张光启

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