Advanced Science | 福建農(nóng)林大學(xué)陳栩團(tuán)隊(duì)揭示大豆氮高效利用新機(jī)制，為高油大豆改良提供新思路

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮肥是保障作物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵大量營(yíng)養(yǎng)元素，其施用對(duì)提升作物產(chǎn)量具有重要意義。然而，全球作物平均施氮量已從 20 世紀(jì) 60 年代的約 44.6 公斤 / 公頃增至 21 世紀(jì) 10 年代的 100.9 公斤 / 公頃，氮肥利用效率卻僅約 50%。未被吸收的氮肥通過氨揮發(fā)、反硝化作用及硝酸鹽淋溶等途徑流失，不僅制約作物產(chǎn)量提升，更引發(fā)嚴(yán)峻的環(huán)境問題，培育高氮利用效率作物已成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

大豆作為重要的經(jīng)濟(jì)作物，其 60%-70% 的氮需求依賴共生固氮，而對(duì)其氮利用效率的核心調(diào)控機(jī)制尚未完全明確。2025年11月18日，福建農(nóng)林大學(xué)海峽聯(lián)合研究院代謝組學(xué)研究中心陳栩教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Advanced Science在線發(fā)表了題為Soybean auxin transporter PIN3 regulates nitrate acquisition to improve nitrogen use and seed traits的研究論文，揭示了生長(zhǎng)素運(yùn)輸與大豆硝酸鹽吸收之間的關(guān)鍵調(diào)控關(guān)系，為解析大豆氮利用效率的分子機(jī)制提供了全新視角。

該研究研究，高濃度硝酸鹽可誘導(dǎo)大豆葉片 PIN3 蛋白降解，抑制生長(zhǎng)素外排，使胞內(nèi)生長(zhǎng)素水平升高，進(jìn)而促進(jìn)葉細(xì)胞擴(kuò)張。更為重要的是，生長(zhǎng)素積累激活生長(zhǎng)素響應(yīng)因子 ARF10 及光信號(hào)轉(zhuǎn)錄因子 STF3（HY5 同源蛋白），兩者協(xié)同直接增強(qiáng)氮素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 NPF2.13 的轉(zhuǎn)錄，從而顯著提升大豆對(duì)硝酸鹽的吸收與光合代謝效率。

為了評(píng)估氮素積累和光合作用的增強(qiáng)對(duì)大豆產(chǎn)量性狀和種子品質(zhì)的廣泛農(nóng)藝影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了一系列田間試驗(yàn)。結(jié)果顯示：PIN3a/b 雙缺失突變體表現(xiàn)出“氮高效”表型；經(jīng)兩年四地（海南、福州、莆田、三明）田間試驗(yàn)均證實(shí)，該突變體在不減產(chǎn)的前提下，將籽粒含油量提高 2–3 個(gè)百分點(diǎn)。

綜上，該研究首次闡明 PIN3 介導(dǎo)的生長(zhǎng)素運(yùn)輸、硝酸鹽吸收與光信號(hào)三者間的協(xié)同機(jī)制，拓展了植物氮營(yíng)養(yǎng)信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。該發(fā)現(xiàn)不僅為培育高氮利用效率大豆提供了可直接應(yīng)用的分子靶點(diǎn)，也為通過基因編輯等精準(zhǔn)育種手段，在減少氮肥投入的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)奠定了基礎(chǔ)，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效、減排減污和綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院已畢業(yè)博士生徐慧芳為該文章第一作者，福建農(nóng)林大學(xué)陳栩教授為該文章通訊作者。中國(guó)科學(xué)院南京土壤所陳志長(zhǎng)研究員、河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所史曉蕾研究員，福建省農(nóng)科院林國(guó)強(qiáng)研究員、張玉梅研究員，中關(guān)村旭月非損傷微測(cè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟劉蘊(yùn)琦工程師參與了合作研究。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、農(nóng)林生物安全全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目、植物保護(hù)一流培優(yōu)學(xué)科群經(jīng)費(fèi)，中國(guó)自然科學(xué)基金和福建省自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/advs.202511907