近日，華中農業大學資源與環境學院作物養分管理團隊在The Plant Journal上發表了題為“Sufficient potassium improves inorganic phosphate-limited photosynthesis in Brassica napus by enhancing metabolic P fractions and Rubisco activity”的研究論文，說明了充足的鉀營養協同改善植株磷營養狀況實現油菜籽粒增產的光合生理機制。   　　在農田生態系統中，作物生長往往受到多重營養缺乏的限制，肥料的配合施用是科學施肥的關鍵，其技術環節和應用效果相對明晰，但營養元素互作的生物學機制一直是研究的薄弱環節。磷、鉀是除氮外對作物產量影響最大的礦質元素，在磷、鉀營養缺乏的土壤上，不均衡的磷、鉀肥投入無法完全消除限制植株生長的養分障礙，增產幅度相對有限。平衡施肥除發揮元素自身作用外，充足的鉀營養更能提升磷肥肥效（圖1），然而其作用機制卻不清楚。   　　研究團隊從作物光合生產力的養分協同增效入手，探討了鉀元素協同改善油菜磷營養狀況實現籽粒增產的生理機制。在磷、鉀養分缺乏的環境下，施鉀促進了油菜對磷的吸收（主要依賴于生物量的提高），增加了葉片單位面積磷含量，并通過加速同化物（磷酸丙糖）的轉移利用以實現無機磷（Pi）的快速再生，因而擴充了無機磷庫和代謝磷庫。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），緩解了因缺磷導致的葉片細胞能量和氧化還原內穩態失衡，從而避免光合電子傳遞鏈的過度還原損傷，保證了光反應的順利進行。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。若植株體內鉀元素不足，則會引起Rubisco失活和電子傳遞受阻，降低施磷對葉片光合能力的提升效果。可見，充足的鉀營養有利于減輕缺磷對油菜葉片光合生產力的限制，在農業生產中因地制宜考慮土壤養分供應特征，采用平衡施肥的方法以滿足養分供應與作物需求的相互匹配，充分挖掘和發揮營養元素的協同增效效應，是實現作物高產優質的重要保障。   　　資源與環境學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副教授參與了研究工作。該研究得到了國家自然科學基金、國家油菜產業技術體系和中央高校基本科研業務費專項的資助。   　　論文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.16057