植物如何決定要不要產生根瘤（root nodule）

 

圖片來源：維基百科

提到根瘤，大家應該都不陌生；豆科植物為了補充自己對氮的需求，召喚土壤中的根瘤菌（rhizobium）前來定居，產生根瘤的構造。在根瘤中，根瘤菌將氮氣轉化為氨（ammonia），提供給植物；而植物提供醣類與氧氣給根瘤菌，讓根瘤菌可以生存。

雖然產生根瘤對植物有益，但根瘤的產生也是一種能量的消耗。如果氣候、光照不適合，植物就不會形成根瘤；這可能也就是清代的王筠在《說文釋例》（1873）中提到大豆的根瘤時的觀察發現：「細根之上，生豆累累，凶年則虛浮，豐年則堅好」的原因。

最近的研究發現，GmSTF3/4與GmFTs（FLOWERING LOCUS T）這兩個基因都會影響根瘤的形成。根瘤菌活化CCaMK這個蛋白質激酶，磷酸化GmSTF3，造成GmSTF3與GmFTs形成複合體，接著便會活化NIN（nodule inception）與核因子NF-YA1 及 NF-YB1這三個基因的表現，造成根瘤的產生。

由於GmFTs在照光後本來就會從葉片經由篩管（phloem，韌皮部）移動到頂端生長點，這個研究發現將光線的刺激與根瘤的形成連結起來，進一步解釋了適合的光照（FT只有在光週期適合時才會移動到頂端生長點）與根瘤形成之間的關係。

參考文獻：

SCIENCE • 1 Oct 2021 • Vol 374, Issue 6563 • pp. 65-71 • DOI: 10.1126/science.abh2890