【研究背景】根系是植物吸收养分和水分的主要器官,也是植物与土壤微生物互作的主要界面。大豆起源于中国,既是重要的粮油兼用作物,也是高效固氮的豆科作物。豆科作物与根瘤菌共生所固定的氮素,不仅是农业生态系统中不可替代的清洁氮源,同时也是影响根际土壤微生物组的重要因素。挖掘大豆根系对土壤养分吸收和利用的遗传潜力,改善根际土壤微生物组成及活性,是提高大豆产量、减少环境污染和提升土壤健康的重要策略。【材料与方法】本研究利用根构型与结瘤固氮具有明显差异的大豆亲本JD12与NF58构建的175个F9:11重组自交系,通过大田试验,对根构型、结瘤固氮和生物量等21个相关指标进行了遗传定位;同时对亲本及携带不同高效固氮QTL的6个重组自交系材料的根际微生物组进行了测序分析。【结果与分析】一共定位到70个QTLs位点。其中,q BNFRA-C2、q BNF-RA-O和qBNF-RA-B1是大豆中新发现的控制生物固氮和根构型的位点。进一步利用SoyBase(https://soybase.org/)数据库结合最近的研究结果,发现根构型、磷效率和生物固氮等相关性状的QTL存在共定位现象。我们前期克隆到的、控制根构型的基因GmEXPB2,和控制根瘤膨大的基因GmINS1也位于共定位区间。根际微生物组研究结果表明,大豆根际富集了大量的有益微生物;并且结瘤能力较强的大豆材料,其根际具有更高的招募有益微生物的能力;此外,接种高效根瘤菌也有助于大豆根际富集有益微生物。通过筛选有益微生物重组大豆根际微生物,能有效改善大豆根构型、提高养分效率。【结论】本研究发现,根系、根瘤和根际微生物是决定大豆养分高效吸收的重要因素,三者间存在协同互作的关系。改良根构型、接种高效固氮根瘤菌和优化根际微生物组是提高大豆养分效率的主要途径。研究结果可为通过根系改良提高大豆养分效率、培育养分高效的大豆新材料提供遗传基础。