《Plant and Soil》：Medicago truncatula supernodulation mutants sunn4 and lss show enhanced seed yield and seed nitrogen allocation from nitrogen fixation under low nitrogen availability
在自然界中，豆科植物与根瘤菌的共生固氮作用是其获取氮素的重要途径。然而，共生固氮需要消耗能量，当土壤中存在充足的固定氮（如硝酸盐或铵盐）时，植物会抑制结瘤，以减少能量消耗。这种调控机制是通过结瘤自调控（Autoregulation of nodulation，AON）实现的，AON 突变体即使在氮充足的情况下也会超结瘤。此前研究发现，AON 突变体通常比野生型植株小，但其生长和产量受多种因素影响，且不同研究结果存在差异。因此，探究 AON 突变体在不同氮供应条件下的生长和产量表现，以及其氮分配规律，对于理解共生固氮的调控机制和提高豆科植物的氮利用效率具有重要意义。
澳大利亚国立大学的研究人员针对这一问题展开研究，相关成果发表在《Plant and Soil》上。
研究人员采用了以下关键技术方法：
植物培养与处理：选用紫花苜蓿 rdn1-1、lss 和 sunn4 突变体及野生型（WT）种子，经处理后在温室中种植，设置 0.5 mM 和 2 mM 的 15N标记硝酸盐处理，并分为接种根瘤菌（Sinorhizobium meliloti）和未接种两组，定期浇水。
测量指标：收获成熟植株，测定地上部和种子的生物量、氮含量、15N丰度等；计算氮来自大气的比例（% Ndfa）和固定氮量（% N 固定）；统计结瘤数量。
数据分析：使用 R Studio 和 GraphPad Prism 进行统计分析，包括方差分析和 Tukey 多重比较分析。
研究结果如下：
地上部生物量和氮含量：
增加硝酸盐浓度和接种根瘤菌均显著增加野生型和突变体地上部干重。在 0.5 mM 硝酸盐且未接种根瘤菌时，sunn4 和 lss 突变体地上部干重显著低于野生型；在其他条件下，二者无显著差异。
接种根瘤菌显著提高野生型和突变体地上部氮含量（% N）。在 2 mM 硝酸盐加根瘤菌处理中，sunn4 和 lss 突变体地上部 % N 显著高于野生型。
硝酸盐和接种显著影响地上部 % Ndfa。在 0.5 mM 硝酸盐处理中，三个超结瘤突变体地上部 % Ndfa 显著高于野生型；在 2 mM 硝酸盐处理中，sunn4 和 lss 突变体地上部 % Ndfa 显著高于野生型，但两种硝酸盐处理下，突变体地上部固定氮总量均未显著高于野生型。
种子生物量和氮含量：
接种根瘤菌显著增加野生型和突变体种子荚产量。在低硝酸盐（0.5 mM）且接种根瘤菌条件下，sunn4 和 lss 突变体种子荚产量显著高于野生型；在 2 mM 硝酸盐处理下，各基因型种子荚产量无显著差异。
接种根瘤菌显著增加种子产量，2 mM 硝酸盐处理也显著提高种子产量。在低硝酸盐且接种根瘤菌条件下，sunn4 和 lss 突变体种子产量显著高于野生型；在高硝酸盐处理下，各基因型种子产量无显著差异。
接种根瘤菌显著提高种子 % N，硝酸盐处理对种子 % N 无显著影响。在低硝酸盐加根瘤菌处理中，sunn4 和 lss 突变体种子 % N 显著高于野生型，其总氮产量也显著高于野生型；在高硝酸盐处理下，种子 % N 和总氮含量不受基因型影响。
sunn4 和 lss 突变体种子 % Ndfa 在两种硝酸盐处理下均显著增加，且在低硝酸盐处理下，其种子中固定氮总量显著增加；2 mM 硝酸盐处理时，各基因型种子固定氮总量无差异。
相关性分析：在 0.5 mM 硝酸盐处理中，种子 % Ndfa 与产量呈正相关；在 2 mM 硝酸盐处理中，二者无显著相关性。种子 % N 可由发芽六周后叶片的 % N 和 δ15N预测。
研究结论和讨论： 本研究表明，在低氮供应（0.5 mM 硝酸盐）下，接种根瘤菌的紫花苜蓿 AON 突变体 lss 和 sunn4 在成熟时没有生长代价，反而具有更高的种子产量和种子氮浓度，这得益于其在整个生长周期中更高的固氮能力和对种子的氮分配。而在高氮（2 mM 硝酸盐）条件下，突变体和野生型的产量和氮浓度相似。
