时间：2025-08-13 16:27 来源：华中农业大学 原文: 油菜的“氮难题”：高需求与低效率的矛盾
油菜作为我国重要的油料作物，对氮元素需求极高，但自身氮利用效率（NUE）却普遍偏低。传统农业中，为提高产量往往过量施用氮肥，不仅增加种植成本，还可能导致土壤退化、水体富营养化等环境问题。因此，探索油菜高效吸收氮的自然机制，成为农业科研的重要方向。
中国农业科学院烟草研究所和华中农业大学的研究团队聚焦油菜不同基因型的差异，发现氮利用效率存在显著差异的油菜品种，其根际微生物群结构大不相同——这为解开“氮吸收之谜”提供了关键线索。
关键发现：高效基因型的“微生物帮手”
研究团队选取了两种氮利用效率差异显著的油菜基因型：高效型（D4）和低效型（D2）。通过比较分析发现，D4的根际微生物多样性更高，其中芽孢杆菌科（Bacillaceae）细菌的丰度显著高于D2。
为验证这类细菌的作用，研究人员从D4根际分离出一株芽孢杆菌（Bacillussp.41S2），并将其接种到低效基因型D2中。结果显示，在低氮条件下，接种后的D2根生物量增加1倍，shoot生物量增加1.3倍，氮吸收量显著提升；15N同位素标记实验进一步证实，该菌株能直接促进油菜对氮的吸收。
深入研究发现，芽孢杆菌41S2的“促氮”能力与植物激素信号通路密切相关。RNA-seq分析显示，接种该菌株后，油菜根中与茉莉酸（JA）和乙烯（ET）信号相关的基因表达显著上调，而这些通路能促进根系生长发育，增强植物在低氮环境中的“觅食”能力。
信号物质山柰酚：微生物的“邀请函”
为什么高效基因型能特异性富集芽孢杆菌科？研究团队通过代谢组学分析找到了答案——根分泌物中的山柰酚（一种黄酮类物质）起到了关键作用。
检测发现，高效基因型D4分泌的山柰酚含量远高于低效基因型D2，且这种差异在低氮条件下更为明显。实验证实，山柰酚能以剂量依赖方式促进芽孢杆菌41S2的生长，并显著增强其生物膜形成能力（生物膜是细菌在根际定植的重要“锚点”）。更重要的是，无法合成山柰酚的拟南芥突变体（fls1），其根际芽孢杆菌科丰度大幅下降，直接证明了山柰酚对该类微生物的“招募”作用。
有趣的是，接种芽孢杆菌41S2还能反过来诱导油菜表达更多与山柰酚合成相关的基因（如FLS1），形成“植物分泌信号物质—微生物富集—促进植物生长”的良性循环。
农业应用前景：让作物“自主”增效
该研究揭示了“宿主基因型—山柰酚—芽孢杆菌科”这一新型氮吸收调控通路，为农业生产提供了新思路。未来，通过培育能高效分泌山柰酚的油菜品种，或研发基于芽孢杆菌的生物菌肥，有望减少化肥依赖，提高氮利用效率。
资源与环境学院已毕业博士王友强（现为中国农业科学院烟草研究所助理研究员）与中国农业科学院烟草研究所赵栋霖副研究员为共同第一作者，中国农业科学院烟草研究所张成省研究员、郑艳芬副研究员和资源与环境学院丁广大教授为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金与中国农业科学院科技创新工程的资助。
论文链接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S2090-1232（25）00542-9
