李隆教授课题组关于间套作种间促进作用机制的研究结果在PNAS上发表

5月23日，美国科学院院刊（PNAS）在线发表我校资环学院教授李隆课题组题为“Root exudates drive interspecific facilitation by enhancing nodulation and N2 fixation”的研究文章。

间套作作为传统农艺措施在我国已经有数千年的历史。当豆科/禾本科作物间作，豆科作物和根瘤菌共生形成根瘤，能够固定空气中的氮素；而合理的作物搭配将强化这种生物固氮作用。人们一般认为，间套作增加生物固氮的机制是由于禾本科作物竞争土壤中的氮素，从而降低土壤中氮浓度，对豆科作物的结瘤固氮作用产生刺激作用所致。然而人们还发现，豆科/禾本科间作中，氮素竞争能力更强的禾本科作物并不能进一步增加豆科作物的生物固氮。现有的知识并不能完全解释多物种体系豆科作物结瘤和固氮增加现象。

李隆教授课题组根据多年田间观察和室内模拟研究，提出并证实了禾本科作物促进豆科作物结瘤固氮的新机制。在蚕豆/玉米间作体系中，他们在田间条件下采用根系分隔的方法，发现当两种作物根系交叉在一起时，蚕豆的结瘤和固氮效果，对照两者根系分隔时有大幅度增加，证明根系相互作用在结瘤及固氮中具有重要作用。在室内模拟水培条件下，两种作物种在一起时，根系分泌物中一种黄酮类物质-染料木素的浓度会大幅度增加，而染料木素是豆科作物和根瘤菌对话的关键信号物质。课题组收集玉米根系分泌物添加到蚕豆的培养介质中，发现蚕豆结瘤和固氮作用发生显著增强、与固氮相关的一些基因大幅度上调。他们以此证实玉米根系分泌物在强化豆科作物结瘤固氮中具有重要作用。

该研究揭示传统农业中间作物种之间根系互利互惠的一个重要机制，有望为利用生物固氮发展可持续生态农业提供新的应用前景，对自然生态系统物种多样性提高生态系统生产力和稳定性的认识也提供了理论依据。

研究得到了国家自然科学基金和国家重大基础研究（973）项目的连续资助。文章的作者李白、李玉英、吴华茂、章芳芳、李春杰等是资环学院博士或硕士研究生，引进人才李学贤副教授在蚕豆根系相关基因表达研究中发挥了重要作用，澳大利亚西澳大学Hans Lambers 教授参与了部分研究工作讨论。李隆教授是文章的通讯作者。

自上世纪90年代以来，李隆教授课题组持续专注间套作高产高效的基础研究，在该领域发表国际文章近50篇。课题组2007年在PNAS发表了另一篇文章中从根际磷营养的角度揭示了间套作高产高效的机制，文章被引200多次。