综述：沙漠植物根鞘：水分捕获与旱地恢复的自然机制与仿生技术

这篇综述系统阐述了沙漠植物根鞘（rhizosheath）的结构功能与生态意义，揭示了其通过粘液（mucilage）、根毛与微生物胞外聚合物（EPS）协同作用实现水分捕获、养分富集和微生物定植的机制，为开发仿生水凝胶（SHPMs）、根区灌溉系统等旱地恢复技术提供了生物灵感。

　　

形成与结构

沙漠植物根鞘是根表粘附沙粒形成的特殊结构，由根冠分泌的粘液（mucilage）与根毛协同构建。粘液主要含多糖和糖蛋白，与沙粒结合形成初始基质；而微生物分泌的胞外聚合物（EPS）则通过生物膜增强长期稳定性。例如纳米布沙丘草（Stipagrostis sabulicola）的根鞘可显著提升局部水分保持能力。

水分限制环境中的生态意义

根鞘通过形成"微湿区"缓冲干旱胁迫。研究显示，Panicum turgidum的根鞘能使根际湿度比周围沙土高30%，其粘液的超吸水性聚合物特性（SHPMs）可吸收大气水分并缓释。硅元素补充实验证实，根鞘发育具有可塑性，干旱条件下可通过调节粘液分泌增强适应性。

作为营养"微绿洲"的功能

根鞘富集了根分泌物与固氮菌（如Azospirillum），使氮磷含量比周围土壤高2-5倍。沙漠莎草（Cyperus capitatus）的根鞘中，微生物群落通过EPS分泌促进沙粒团聚，同时降解有机质形成养分循环"热点"。

基于根鞘原理的仿生技术

受粘液化学特性启发，超吸水性聚合物材料（SHPMs）已实现大气水分捕获效率达1.5 L/m²/day。种子包衣技术将小麦根鞘微生物EPS（如Bacillus spp.）提取物与多糖复合，使幼苗存活率提升40%。

未来展望

需明确粘液组分（如阿拉伯聚糖与半乳糖醛酸比例）的物种特异性，以及微生物EPS（如Levan多糖）在极端干旱下的稳定机制。开发可规模化的合成根鞘材料，需平衡成本与生态安全性。

结论

根鞘是植物适应干旱的典范，其多尺度机制为应对气候变化提供了跨学科研究范式。从粘液化学到微生物互作，这些自然解决方案正推动着旱地农业与生态修复技术的革新。