Hortic Res | 山东农业大学姜远茂教授团队揭示氮钾平衡调控叶片氮分配提高苹果叶片光合能力的机制

氮和钾作为苹果生长需求量最大的两种营养元素，对产量和品质起着至关重要的作用。叶片光合作用是产量和品质形成的基础。研究发现，在不增加氮投入的情况下，优化叶片氮分配（氮在各细胞结构以及游离化合物中的分配比例）可以提高60%的光合能力，叶片内氮分配的微小变化会强烈影响光合作用。然而，氮钾调控叶片氮分配影响光合作用的机制尚不清楚。

2024年1月，Horticulture Research 在线发表了山东农业大学姜远茂教授团队题为Nitrogen–potassium balance improves leaf photosynthetic capacity by regulating leaf nitrogen allocation in apple 的研究论文。该研究初步揭示了氮钾平衡通过优化叶片氮分配提高苹果叶片光合作用的调控机制，为生产上氮钾合理配施提供了理论依据。

研究人员在水培方式下研究了不同氮钾水平对苹果植株叶片氮钾含量、氮素分配和光合能力的影响。结果表明，低钾显著降低了根系和叶片中的钾含量，导致N/K失衡，叶片中更多的氮分配给脂不溶性氮、非蛋白氮以及非光合氮，导致光合氮的分配比例降低；低钾也降低了气孔导度和最大羧化速率，增加了细胞壁厚度和叶片厚度，导致气孔限制、叶肉限制和生理生化限制升高，从而抑制了光合。研究人员通过化学浸提和氮分配模型相结合的方法，发现氮钾合理配施可以通过平衡叶片N/K，提高水溶性氮和脂溶性氮的分配比例，优化羧化系统氮和电子传递氮的分配（图1），同时也提高了最大羧化速率，降低光合作用生理生化限制。叶片结构观察结果也表明，低钾条件下合理施氮可以降低细胞壁厚度（图2C，D），提高气孔导度（图2E，F），降低叶肉限制和气孔限制，从而提高叶片光合能力。以上结果表明，通过优化叶片N/K可以协调叶片氮分配，减少光合限制，最终提高苹果叶片的光合能力。

图1 不同氮钾水平对苹果叶片光合氮分配的影响

图2 不同氮钾水平对苹果叶片结构参数的影响

山东农业大学园艺学院博士研究生徐新翔为论文第一作者，葛顺峰副教授和姜远茂教授为论文共同通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、国家现代苹果产业技术体系和山东省泰山学者工程等项目的资助。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhad253

转自：“园艺研究”微信公众号

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