豆科植物与根瘤菌形成的共生固氮体系是自然界中最高效的生物固氮体系之一，对减少农业对化学氮肥的依赖、推动可持续农业发展具有重要意义。

发芽的豆子。aBIOTECH供图

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近日，中国科学院南京土壤研究所研究员陈志长课题组在《生物技术通报（英文）》（aBIOTECH）发表了研究论文。该研究揭示了大豆根瘤中侵染细胞（Infected Cells, ICs）在营养储存与释放中的关键作用，同时阐明了侵染细胞和非侵染细胞（Uninfected Cells, UCs）之间的胞间连丝网络，动态调节营养分配。这些发现为研究共生固氮的调控机制提供了新的见解，并强调了非侵染细胞在优化固氮效率中的关键作用。

在共生固氮体系中，根瘤是固氮作用发生的核心场所。以往研究多聚焦于根瘤中侵染细胞的固氮功能，而对非侵染细胞的作用了解甚少，其功能缺乏系统研究。近年来，越来越多的研究结果表明非侵染细胞并非被动存在的“旁观者”，它们在根瘤代谢物转运、离子平衡维持以及信号传递中可能发挥关键作用。

然而，非侵染细胞如何与侵染细胞协同，通过什么机制参与调控固氮过程，仍不清楚。解析非侵染细胞的功能不仅有助于全面认识根瘤的工作机制，也可能为提高豆科作物固氮效率提供新的调控靶点。

研究者通过使用共质体运动示踪剂羧基荧光素二乙酸酯（CFDA）来观察和模拟营养物质在根瘤中的运输与分布情况。研究发现，CFDA从叶片供给后，会转换成CF并经过维管束运输到根瘤固氮区，而且固氮区非侵染细胞的CF信号强度显著高于侵染细胞，这表明CF进入固氮区后，主要在非侵染细胞中积累，说明在营养物质最终输送到侵染细胞之前，非侵染细胞作为临时储存点，暂时储存从宿主植物运输来的营养物质。

进一步研究发现，在固氮区的侵染细胞与非侵染细胞之间以及相邻的非侵染细胞之间存在胞间连丝，而相邻的侵染细胞之间没有胞间连丝。这说明侵染细胞不能直接相互交流或交换营养物质，它们仅与相邻的非侵染细胞进行信息和营养物质的交换。研究证明侵染细胞与非侵染细胞之间胞间连丝的通透性可以调控营养物质向侵染细胞的输入，进而影响根瘤的营养稳态与共生固氮能力。

研究揭示了非侵染细胞在根瘤内部营养储存与释放中的关键作用，并阐明了非侵染细胞与侵染细胞之间的胞间连丝在营养物质运输中的重要性。这些研究结果表明，非侵染细胞可能作为调控固氮过程的中心枢纽来接收信号并做出决策，从而精确控制侵染细胞的固氮效率。

该研究得到了国家自然科学基金的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s42994-025-00247-y