PCE | 华中农业大学鲁剑巍和任涛课题组合作揭示钾营养协调叶片生长过程中CO2与H2O传输

植物叶片的生长和功能密不可分，叶片的光合作用和水分传导为叶片扩张提供了必要的碳水化合物和物理膨压，叶片扩张也为光合作用拦截更多的光、为水分传输提供基础的水力系统。当遭遇非生物胁迫时，植物叶面积降低、叶片功能（光合作用或水力导度）受损。叶肉细胞结构是关联叶片生长和功能的核心，叶片生长受叶肉细胞分裂和扩张的调控，叶肉细胞形态的改变也影响CO2和H2O在细胞内的传输。养分缺乏是集约化农业生产中最常见的非生物胁迫，缺钾胁迫时植物叶片变小、叶片净光合速率明显降低，叶缘焦枯黄化，叶片生长和功能呈现不同步的现象。由于钾在植物体内移动性很强，叶片缺钾胁迫往往伴随着叶片生长的动态加重过程，钾营养如何影响叶肉细胞形态协调叶片扩张和功能（光合效率及水力传导）尚不清楚。

近期，华中农业大学作物养分管理研究团队鲁剑巍教授和任涛教授在Plant, Cell & Environment 上发表了题为“Potassium availability influences the mesophyll structure to coordinate the conductance of CO2 and H2O during leaf expansion”的研究论文，详细阐述了钾营养对油菜（Brassica napus L.）叶片生长过程中叶肉细胞分布、形态的影响，分析了其对叶面积扩张、CO2和H2O传输过程的作用。

通过监测在供钾充足、轻度缺钾和重度缺钾条件培养下的油菜叶片叶面积、光合速率和水力导度随叶片生长的动态变化，发现缺钾胁迫时叶片面积降低先于叶片功能受损，随着缺钾胁迫的加重光合速率和水力导度同步降低。进一步通过分析不同钾营养状况下叶肉细胞显微结构的动态变化，发现缺钾下叶肉细胞纵向方向上的面积增加，导致细胞空隙体积分数占比（fias）降低，叶片扩张受阻。降低的fias减少了面向细胞空隙的叶肉细胞和叶绿体面积以及气相H2O传输能力，导致CO2叶肉导度和木质部外水力导度的同步降低。充足的钾营养通过较低的栅栏组织细胞密度（松散的叶肉细胞排列）和小的海绵组织细胞提高了叶片fias，协调叶片扩张以及CO2、H2O的传输。这些结果进一步增强了对钾调控叶肉细胞形态影响叶片生长的营养生理功能的理解，同时叶片解剖结构参数的动态变化也为理解C3物种固碳能力背后的叶片结构特征提供了重要参考。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14405

本文转载自植物与环境PCE

转自：植物生物技术Pbj

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