对植物养分反应的新认识可以改进肥料管理策略

绿色是一种几乎普遍与植物相关的颜色——这是有充分理由的。绿色色素叶绿素对植物产生食物的能力至关重要;但是如果他们没有足够的会发生什么?

卡内基、密歇根州立大学和法国国家农业、食品和环境研究所的新工作揭示了复杂的、相互依赖的营养反应是潜在致命的、低叶绿素状态的基础，称为萎黄病，与贫血、黄色外观有关。他们的研究结果由Nature Communications发表，可以带来更环保的农业实践——使用更少的肥料和更少的水资源。

光合作用是一个复杂的生化过程，植物细胞通过该过程将太阳的能量转化为化学能，然后再将大气中的二氧化碳固定成糖分子。它发生在称为叶绿体的高度特化的植物细胞器中。

营养物质在叶绿体中积累，对于叶绿体的最佳功能至关重要。由 MSU 的 Hatem Rouached 领导，包括卡内基的 Sue Rhee、Hye-In Nam、Yanniv Dorone、Sophie Clowez 和 Kangmei Zhao 在内的研究小组表明，铁和磷的平衡对于防止萎黄病是必要的。该项目是在 Rouached 是法国卡内基的访问学者时发起的，部分原因是 Brigitte Berthelemot 对促进法美研究合作的慷慨支持。

“长期以来，专家们认为低铁是导致萎黄病的唯一原因，农民经常使用铁来对抗叶子变黄，”李解释道。“但最近的工作表明，其他营养素在导致这种贫血反应方面发挥了作用。”

为了更好地了解是什么导致叶子褪绿，研究人员决定共同研究对多种营养物质的反应，而不是一个一个。

他们发现，如预期的那样，由缺铁引起的萎黄植物会变黄并且光合活性会受到影响。然而，当营养磷也被去除时，植物的叶子开始积累叶绿素并再次变绿。

这种意外反应的原因在于发生光合作用的叶绿体和存储遗传密码的细胞核之间的信号传导。

跨学科分析表明，细胞核响应低铁调节基因表达的能力取决于磷的可用性。这种复杂的营养反应分层表明，关于这两个关键植物细胞器之间的这些通信渠道还有很多需要了解的地方。

该团队的发现可能对粮食作物的复原力产生影响——在气候变化中尤其重要。

“例如，我们需要重新考虑肥料管理，”Rouached 总结道。“如果我们采取的行动不考虑营养物质如何相互作用，我们可能会创造条件，使植物失败。为了全球粮食生产的利益，我们必须纠正这种想法。”

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