植物对缺磷和铝毒协同进化应答的分子生理机制
2020-08-04吴佩李浩早浩龙王宇蕴杨建立汤利范伟
吴佩 李浩 早浩龙 王宇蕴 杨建立 汤利 范伟,3
(1. 云南农业大学资源与环境学院,昆明 650201;2. 浙江大学生命科学学院 植物生理学与生物化学国家重点实验室,杭州 310058;3. 云南农业大学西南中药材种质创新与利用国家地方联合工程研究中心 云南省药用植物生物学重点实验室,昆明 650201)
酸性土壤约占世界潜耕性土壤的50%,其存在诸多养分限制因子,如磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)的缺乏和铝(Al)、锰(Mn)的过量[1-2]。其中,缺P与Al毒通常相互关联,因而代表了酸性土壤上限制作物生产的两大营养逆境因子[3-4]。作为必需营养元素,P在植物生长发育中起重要作用,包括脂质和核酸等结构成分的形成,以及参与多条代谢酶促反应和信号转导途径。虽然总P在多数土壤中是丰富的,但可溶性P常常难以满足植物的需求,特别是在Fe、Al和Mn含量丰富的酸性土壤中,P容易被这些元素固定。另一方面,当土壤pH低于5.5时,难溶性的矿物态Al可转化为可溶性的离子态Al(以Al3+为主),导致植物根生长受抑制,阻碍对水分和养分的吸收[5]。虽然增施P肥可通过增加P的有效性和降低Al活度来提高酸性土壤中作物的产量和品质,但P肥的利用率非常低(当季利用率仅为10%-25%)。幸运的是,不同植物和同一植物不同基因型间存在巨大的遗传变异。因此,通过现代生物技术和分子辅助育种提高作物P营养和Al抗性是今后培育“智能”作物品种的有效途径。
在过去20多年间,关于缺P条件下植物P的吸收转运、分配利用以及信号调控研究已在拟南芥[Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.]、水稻(Oryza sativL.)和白羽扇豆(Lupinus albusL.)等模式植物中取得较大进展[6-7]。……
