【科研进展】学院杨培志教授团队综述共生结瘤提高豆科植物抗逆性的研究进展

近日，西北农林科技大学草业与草原学院杨培志教授团队在《Plant, Cell & Environment》上发表了题为“Symbiotic Nodulation Enhances Legume Tolerance to Abiotic Stresses: Mechanisms and Perspectives”的综述论文。草业与草原学院讲师王婷和博士研究生吴芳为文章共同第一作者，杨培志教授为通讯作者，农学院张森磊副教授在论文撰写中提供了重要指导意见。

豆科植物（如大豆、苜蓿、豌豆、蚕豆）能够与根瘤菌建立共生关系，在根部形成根瘤，并通过固氮酶的催化作用，将大气中的氮气转化为植物可吸收的铵盐。这种直接利用大气氮素的能力，长期以来被视为豆科植物最显著的生物学优势。近年来，越来越多的研究发现，根瘤共生不仅能为植物提供宝贵的氮源，还能够通过多重机制显著增强豆科植物对干旱、盐碱、低温以及重金属等多种非生物胁迫的耐受力。与不结瘤的植株相比，结瘤的豆科植物通常表现出更强的生长活力、更轻的损伤程度以及更稳定的产量。

研究表明，在干旱、盐碱和低温等胁迫条件下，根瘤固氮除持续提供氮素外，还通过调节离子稳态、增强抗氧化与渗透调节能力、促进氨基酸合成和水分/养分运输、强化光合作用等多种方式综合提升植物的环境适应性。此外，根瘤共生还能够通过调控一系列胁迫响应与共生相关基因（如 CHS、NAC181、CBF2、ProDH、Cas15a、Aquaporin 等）的表达，协同增强植物的耐逆性。与此同时，微生物源的生长素、铁载体（Siderophore）、胞外多糖（EPS）、谷胱甘肽（GSH）以及γ-氨基丁酸（GABA）等代谢产物在向宿主植物转运的过程中，也为其应对逆境提供了正向调控作用。类似的机制在重金属胁迫条件下同样发挥作用，通过转录调控与生理缓冲减轻金属离子毒害。

文章特别强调，未来应结合分子生物学、遗传学、生物化学以及多组学等多学科手段，深入解析共生固氮与胁迫响应途径之间的交互作用，揭示根瘤共生增强植物抗逆性的内在分子基础。同时，研究人员还提出了多条潜在的应用路径，包括：筛选或培育耐逆型根瘤菌株、优化菌株与宿主间的适配性；利用已知的结瘤自调控相关基因（如SYMREM1、NPL、CLE、FUN等）强化根瘤菌侵染与结瘤效率；借助NCR多肽、NAC093/018、CYP等调控因子提升固氮的持续性；甚至探索将结瘤能力转入非豆科植物的可行性。这些方向都为推动根瘤共生在环境友好型与可持续农业中的应用提供了新的机遇。

该研究得到了国家自然科学基金重点项目、面上项目以及西北农林科技大学博士科研启动基金的资助。