植物的根系作为吸收养分的主要器官，在其生长、发育以及对环境的适应过程中扮演着不可或缺的角色。土壤中养分的过量或不足均会对植物造成负面影响，因此，精确控制养分的吸收对于植物健康至关重要。在多变的自然环境中，植物能够茁壮成长的一个关键机制是通过构建根部扩散屏障来调节物质的进出，以保持水和养分的平衡。
近年来，特别是在维持植物体内矿质元素稳定方面，根部内皮层中的两个重要扩散屏障——凯氏带（Casparian strip）和木栓质层（suberin lamellae）的研究取得了显著进展，这些结构的形成及其在环境适应中的作用机制开始受到更多关注和深入研究。
2024年12月，Nature Plants发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究团队与深圳大学高轶群教授应邀撰写的长篇综述论文“Exploring the function of plant root diffusion barriers in sealing and shielding for environmental adaptation”。这篇论文全面回顾了有关植物根部扩散屏障形成、功能及其生物学意义的最新研究成果。
文中详细描述了根部内皮层中两种主要扩散屏障的形成机制，并强调了木质素在凯氏带形成过程中的精确沉积和膜-壁间紧密连接的重要性，这更新了我们对凯氏带的传统理解。此外，该文探讨了根部扩散屏障在应对干旱、盐碱及营养缺乏等非生物胁迫时的作用，特别是木栓质层的可塑性沉积特征。最后，综述还讨论了当前特化细胞壁屏障研究面临的挑战，并为未来的研究指明了方向。
晁代印研究团队专注于植物营养及环境适应性研究，近期在扩散屏障的形成和进化研究中取得了重大突破性进展，相关工作分别已在《Science》和《Nature Plants》上发表。
点击阅读该团队的相关研究成果：
Science | 晁代印研究组与合作者在营养屏障凯氏带建成和木质素聚合领域取得重大突破
继Science后，中科院分子植物科学卓越创新中心这个团队再发Nature Plants！
继Science、Nature Plants后，中科院该团队在Cell子刊合作发表大豆钼肥增产方面的最新研究成果
高轶群博士和中国科学院分子植物科学卓越创新中心苏语博士为该论文的共同第一作者。中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究员为该论文的通讯作者。该研究得到英国皇家学会牛顿国际基金项目，英国皇家学会牛顿基金高级学者项目，国家自然科学基金项目、中国科学院先导科技专项，国家重点研发计划以及中国科学院青年创新促进会等项目资助。
图1 木质素的精准沉积和膜-壁间的紧密粘连是形成功能性凯氏带的必要条件
图2 内皮层扩散屏障精确调控水分和养分吸收和运输
