近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院作物養(yǎng)分管理團(tuán)隊(duì)在The Plant Journal上發(fā)表了題為“Sufficient potassium improves inorganic phosphate-limited photosynthesis in Brassica napus by enhancing metabolic P fractions and Rubisco activity”的研究論文，說(shuō)明了充足的鉀營(yíng)養(yǎng)協(xié)同改善植株磷營(yíng)養(yǎng)狀況實(shí)現(xiàn)油菜籽粒增產(chǎn)的光合生理機(jī)制。

 

　　在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，作物生長(zhǎng)往往受到多重營(yíng)養(yǎng)缺乏的限制，肥料的配合施用是科學(xué)施肥的關(guān)鍵，其技術(shù)環(huán)節(jié)和應(yīng)用效果相對(duì)明晰，但營(yíng)養(yǎng)元素互作的生物學(xué)機(jī)制一直是研究的薄弱環(huán)節(jié)。磷、鉀是除氮外對(duì)作物產(chǎn)量影響最大的礦質(zhì)元素，在磷、鉀營(yíng)養(yǎng)缺乏的土壤上，不均衡的磷、鉀肥投入無(wú)法完全消除限制植株生長(zhǎng)的養(yǎng)分障礙，增產(chǎn)幅度相對(duì)有限。平衡施肥除發(fā)揮元素自身作用外，充足的鉀營(yíng)養(yǎng)更能提升磷肥肥效（圖1），然而其作用機(jī)制卻不清楚。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)從作物光合生產(chǎn)力的養(yǎng)分協(xié)同增效入手，探討了鉀元素協(xié)同改善油菜磷營(yíng)養(yǎng)狀況實(shí)現(xiàn)籽粒增產(chǎn)的生理機(jī)制。在磷、鉀養(yǎng)分缺乏的環(huán)境下，施鉀促進(jìn)了油菜對(duì)磷的吸收（主要依賴于生物量的提高），增加了葉片單位面積磷含量，并通過(guò)加速同化物（磷酸丙糖）的轉(zhuǎn)移利用以實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)磷（Pi）的快速再生，因而擴(kuò)充了無(wú)機(jī)磷庫(kù)和代謝磷庫(kù)。較高濃度的Pi減輕了光合磷限制（葉綠體Pi臨界值0.52 mg m-2），緩解了因缺磷導(dǎo)致的葉片細(xì)胞能量和氧化還原內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，從而避免光合電子傳遞鏈的過(guò)度還原損傷，保證了光反應(yīng)的順利進(jìn)行。不僅如此，施鉀后葉片核酸磷含量的提高有利于卡爾文循環(huán)限速酶（Rubisco）的合成，較高的K+濃度則保障了Rubisco酶的羧化活性，加速了光合作用的暗反應(yīng)。若植株體內(nèi)鉀元素不足，則會(huì)引起Rubisco失活和電子傳遞受阻，降低施磷對(duì)葉片光合能力的提升效果。可見(jiàn)，充足的鉀營(yíng)養(yǎng)有利于減輕缺磷對(duì)油菜葉片光合生產(chǎn)力的限制，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中因地制宜考慮土壤養(yǎng)分供應(yīng)特征，采用平衡施肥的方法以滿足養(yǎng)分供應(yīng)與作物需求的相互匹配，充分挖掘和發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)元素的協(xié)同增效效應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要保障。

 

　　資源與環(huán)境學(xué)院博士研究生閆金垚為論文第一作者，陸志峰副教授為通訊作者，魯劍巍教授、任濤教授、李小坤教授和叢日環(huán)副教授參與了研究工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.16057