广西大学与西澳大学揭示植物磷组分分配策略与物种协同进化的关系

来源：植物科学最前沿

磷是继氮之后对植物生长发育最重要的大量元素，与此同时磷资源的不可再生加上全球大面积农林用地的磷限制，使得磷供应成为亟待解决的全球性问题。如何提高植物的磷吸收和利用效率成为关键 (Cooper et al., 2011; Lambers et al., 2011; Mihelcic et al., 2011)。植物叶片中的磷库主要分为5个部分：phosphate，phospholipids，nucleic acids，metabolic-P，residual-P (Veneklaas et al., 2012)。对植物磷的研究通常只将其分为无机磷和有机磷，少部分研究将phosphate和metabolic-P看作一个整体 (Hidaka and Kitayama, 2013; Mo et al., 2018)。磷组分在不同植物体内的分配和对外界响应的差异，成为进一步理解植物磷适应性的关键。

2019年5月11日，New Phytologist杂志在线发表了广西大学和西澳大学的合作成果——Responses of foliar phosphorus fractions to soil age are diverse along a two-million-year dune chronosequence，揭示了磷限制下植物对磷组分的分配策略对其生境分布的影响。

其研究发现，在不同的土壤氮磷限制下，植物叶片磷的响应相比氮更加敏感并具有不同模式。试验选取的对象分别来自山龙眼科、桃金娘科和蝶形花科，其中山龙眼科植物Hakea prostrata具有较强的磷适应性，植物叶片对total P，phosphate，phospholipids 及nucleic acids的需求和分配都随着土壤磷含量的降低而减少；蝶形花科的Acacia rostellifera的叶片总磷及磷组分保持着较高浓度，对磷的需求较高，且最终未能分布在极度缺磷的生境；桃金娘科的Melaleuca systena 叶片总磷及磷组分随土壤P限制的加剧变化程度最大，也具有较强的磷适应性。该研究通过改良和完善植物磷组分的提取方法，将植物中含量极少的metabolic-P与phosphate 成功分离。研究所揭示的植物磷分配策略与其环境适应性和协同关系，将为植物的磷代谢及植物多样性分布提供重要的借鉴。

Figure 4. Foliar phosphorus (P) fractions concentration. Means ± standard error (n = 5) are given. Different letters represent significantly different values (p < 0.05). Values were compared among species at the same dune stage (upper-case letters) and within a species across the dune stages (lower-case letters). For dune stage 5, * indicates values for Melaleuca systena and Hakea prostrata that were significantly different Student’s T test (p < 0.05).

广西大学林学院博士生严理为文章第一作者，西澳大学Patrick Finnegan 副教授为通讯作者，研究得到了“广西壮族自治区优秀博士海外学习项目”的资助。

原文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.15910

Cooper J, Lombardi R, Boardman D, Carliell-Marquet C (2011) The future distribution and production of global phosphate rock reserves. Resour Conserv Recycl 57: 78–86

Hidaka A, Kitayama K (2013) Relationship between photosynthetic phosphorus-use efficiency and foliar phosphorus fractions in tropical tree species. Ecol Evol 3: 4872–4880

Lambers H, Finnegan PM, Laliberte E, Pearse SJ, Ryan MH, Shane MW, Veneklaas EJ (2011) Phosphorus Nutrition of Proteaceae in Severely Phosphorus-Impoverished Soils: Are There Lessons To Be Learned for Future Crops? PLANT Physiol. doi: 10.1104/pp.111.174318

Mihelcic JR, Fry LM, Shaw R (2011) Global potential of phosphorus recovery from human urine and feces. Chemosphere 84: 832–839

Mo Q, Sayer EJ, Lambers H (2018) Foliar phosphorus fractions reveal how tropical plants maintain photosynthetic rates despite low soil phosphorus availability. doi: 10.1111/1365-2435.13252

Veneklaas EJ, Lambers H, Bragg J, Finnegan PM, Lovelock CE, Plaxton WC, Price CA, Scheible WR, Shane MW, White PJ, et al (2012) Opportunities for improving phosphorus-use efficiency in crop plants. New Phytol 195: 306–320