氮素如何调控植物根系构型？

氮是植物生长发育必需的大量元素，是各项生命活动的基础。自然界中，氮在土壤中的不均一分布使得植物需要面对外界复杂的氮素环境。根系是植物吸收养分最重要的器官，为了满足自身氮需求，植物可以根据外界氮素种类、含量等对根系构型进行调节，以达到最适的生长状态。对于农作物而言，具备能够灵敏响应外界氮源的根系构型可以更加高效地利用氮素，有效减少氮肥投入，实现农业绿色可持续发展。那么，植物根系构型响应外界氮素的遗传基础是什么呢？回答这一问题，将有利于全面认识植物的氮利用过程，为改造作物根系构型，培育氮高效品种提供基因资源。

华南农业大学农学院储成才教授团队对拟南芥及主要农作物中氮素调控根系构型的遗传基础进行了系统总结。植物对外界及体内氮信号的感知和传导是氮素调控根系构型的基础。细胞外硝酸盐信号由NRT1-NLP为核心的信号模块感知，并传递至细胞核，这一过程在不同植物中是相对保守的。细胞分裂素及小肽则是氮信号在根和地上部分以及不同部位的根之间传递的媒介。氮信号被植物接收后，会与植物激素间发生直接或者间接的相互作用，通过影响激素合成、信号感知与传导以及激素在不同组织间的分布，调控根系发育。目前，氮素调控根系构型的解析在拟南芥中取得了较为系统的研究成果，但在作物中研究较少，极少有研究以作物根系构型为基础，对作物氮素利用效率进行遗传改良。后续研究中，CT扫描成像、单细胞技术等新兴技术的合理应用将会极大地推动作物中相关遗传位点的挖掘。

该文已发表于2025年《农业科学与工程前沿》（英文）期刊第12卷第1期，DOI: 10.15302/J-FASE-2024587。