虽然植物依赖于从土壤中捕获一些元素养分，但限制植物生产力的主要养分是氮（N）和磷（P）。获取这些养分对作物的表现至关重要，但大多数农业土壤中这些养分的水平限制了生产力。因此，这些营养物质通常以无机肥料的形式高浓度施用，以支持粮食生产。 然而，过度使用化肥会使环境养分释放，从而减少生物多样性并促成气候变化。世界各地的许多农民缺乏获得肥料的财政资源，其作物生产力因此受到影响。一个更可持续和公平的农业将是一个不那么依赖无机肥料的农业。

土壤中N和P的可访问性受到许多因素的影响，植物通过改变其生长和发育以及接触微生物促进其捕获，优化N和P的吸收。在N和P充足的情况下，根系：茎生物量分配可以低，而*小的根系可以捕获足够的营养物质。一般来说，植物的生长被延长，允许营养物质生产的积累和投入。在这些营养物质受到限制的环境中，整体生长会减少，但根系会扩大，并鼓励微生物进行繁殖，以促进营养物质的捕获。植物可以识别出营养成分的可用性，并激活根系的生长来优化营养成分的捕获。

植物能够测量养分有效性的多个方面：土壤中养分的局部感知、营养缺乏的根、营养利用率高的根以及植物的总养分需求。 这种传感涉及到根和茎信号的整合，各种激素在根和茎之间移动，以信号养分的可用性和协调植物的发育。 这种根-根-根信号是必不可少的，以允许植物利用当地的营养斑块，但只有在有足够的营养需要时才这样做。

一些微生物具有从环境中捕获N和P的能力。 例如，固氮细菌可以从大气中获取氮，这是植物无法做到的。 丛枝菌根真菌可以在土壤中获得不溶性的磷酸盐形式，而土壤中的磷酸盐大多是植物无法接触的。 在植物无法从其直接环境中获取N和P的情况下，它们会求助于这些微生物来寻找这些限制营养的新来源。 许多协调植物对养分供应的发育反应的过程也调节植物与微生物的相互作用。 这些过程调节植物对微生物群落的接受能力，促进共生联系，限制免疫生成过程。

拟南芥植株在均匀高N（NO3-；深灰色，左）、均匀低N（浅灰色，中）和高、低N（右）差异处理中的根系反应。 注意在均匀处理和差异处理中，根反应如何与局部处理相反。 这些反应的基础是C端编码的肽（CEPs）产生于低N的根，细胞分裂素产生于高N的根，以及一个N足信号在茎。 所有这些都调节茎到根的信号，这涉及到CEP DOWNSTREAM 1（CEPD）。 系统性信号与局部信号（用红色表示）结合，后者是由对NO3-的局部感知诱导的。