華中農業大學作物養分管理團隊揭示水稻-油菜輪作體系中“重旱輕水”背后的葉片磷周轉機制

水稻-油菜輪作系統是實現糧油兼豐的重要種植模式。長期生產實踐中，由于旱地與水田在土壤有效磷狀態和作物磷營養特性上存在顯著差異，形成了“重旱輕水”的磷肥管理策略。一般認為，旱地作物對磷需求量大且對缺磷更為敏感；而在淹水條件下，水田土壤有效磷顯著提高，再加上水稻本身較強的養分吸收能力，即便在較低磷肥投入下，仍能表現出很強的環境適應性，其磷利用效率（PUE）也明顯高于油菜。不過，這種跨物種PUE差異背后，作物如何通過調控內部磷素分配與再利用，實現對低磷環境下磷素的高效利用，其生理機制仍有待闡明。厘清這一問題，對于深入理解水稻-油菜輪作體系中“重旱輕水”的磷肥施用策略并推動磷資源高效利用具有重要意義。

定位試驗田航拍圖（始于2016年，油菜對缺磷更為敏感）

近日，華中農業大學資源與環境學院作物養分管理團隊在Plant, Cell & Environment期刊在線發表題為Temporal phosphorus allocation and resorption plasticity drive interspecific phosphorus-use efficiency in rice-rapeseed rotations的研究成果，從磷利用生理機制層面系統解析了稻油輪作系統中“重旱輕水”磷肥管理策略的理論基礎。該研究圍繞輪作系統中水稻與油菜兩種作物，系統分析了葉片磷素分配和再利用、脂質代謝的動態變化規律，并結合葉片光合生理功能的響應特征，揭示了兩種作物在磷利用策略上存在本質性差異。

水稻：無機磷存儲和再分配為主的長周期再利用

水稻表現出較高的磷再利用效率（PRE約70%）。在葉片擴張階段，新吸收的磷素主要以無機磷（Pi）形式儲存在液泡中，形成以無機磷為主、具有較強再利用潛力的內部磷庫。隨著葉片進入衰老階段，植物通過液泡Pi外運，并協同降解磷脂與核酸，實現對內部磷素的再利用。這一過程貫穿葉片壽命的一半以上，體現出典型的長周期磷再利用特征，反映了水稻較強的磷周轉與再利用能力，是其適應低磷環境的重要生理基礎。

兩種作物磷利用效率及再利用策略差異

油菜：高結構性磷投入與短周期磷再利用

相比之下，油菜葉片在擴張階段將更多的磷素分配至磷脂和核酸等組分，導致其內部磷庫中結構性有機磷占比較高、磷周轉相對低效。在缺磷條件下，油菜雖可通過“磷脂替代”等途徑部分動員膜脂磷以維持核心代謝，但其養分再利用過程僅發生在葉片壽命中約12.5%的較短時段內。由于再利用周期短且效率相對低（PRE約50%），油菜對外部磷肥表現出更強的依賴性。

葉片生長發育過程葉片磷分配策略

綜上所述，該研究通過比較單子葉水稻與雙子葉油菜在葉片無機磷/有機磷庫（Pi/Po）構建、磷周轉周期和再利用效率上的差異，不僅豐富了植物磷素穩態調控和內部循環利用的理論框架，也為“重旱輕水”的精準施磷提供了生理學依據，并提出了通過提高Pi/Po比、延長內部磷循環周期等策略開展高PUE育種和優化周年磷肥運籌的可行思路。

圖2稻油輪作系統作物磷吸收利用與葉片磷分配策略總結

論文第一作者為華中農業大學資源與環境學院博士研究生王崇銘，通訊作者為陸志峰副教授。土耳其薩班哲大學Ismail Cakmak教授，華中農業大學魯劍巍教授、任濤教授、李小坤教授、張文君副教授、叢日環副教授和碩士研究生謝尚典參與了研究工作。該研究得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費的聯合資助。

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https://doi.org/10.1111/pce.70559