近日，我校作物养分管理研究团队在New Phytologist上在线发表了题为“The reduction in leaf area precedes that in photosynthesis under potassium deficiency: The importance of leaf anatomy”的研究论文，揭示了钾营养通过调控叶片超微结构协调作物叶面积和光合速率同步增加的机制。

钾是植物生长所必需的大量元素之一，作物生长发育需钾量大，油菜对缺钾敏感，生产中缺钾胁迫可导致油菜籽减产10-20%。研究团队通过多年的田间观测发现：缺钾过程中油菜叶面积和光合能力呈现不同步变化，即在缺钾胁迫初期，油菜叶面积首先降低，而此时叶片光合能力无明显变化；随着缺钾胁迫加重，叶片光合能力随之显著降低，最终呈现出叶缘焦枯的典型缺钾症状。结合叶肉细胞形貌和光合能力分析，发现在缺钾早期，叶肉细胞形貌并无变化，但油菜叶片变厚，叶肉细胞纵向方向上面积的增加限制了横向的变化，导致叶面积扩张受阻。随着叶片生长，缺钾胁迫下叶肉细胞扩增提前，细胞膨大挤压导致细胞空隙降低，叶肉细胞和叶绿体面向细胞空隙的面积降低，叶肉导度显著降低。并且随着缺钾胁迫的进一步增加，加速了叶绿体的解体，相邻叶绿体之间的距离增加，叶绿体面向细胞空隙的面积大幅度降低，增加了CO2的叶肉传输阻力，最终影响叶片光合速率。钾以离子形态存在于植物体内，其在液泡、细胞质和叶绿体中的再分配引起了缺钾时叶肉细胞面积变化早于叶绿体形貌的变化，从而使得叶面积降低先于光合速率的改变。本研究丰富了对植物钾素营养生理功能和叶片缺钾症状的认知，也为通过合理调控养分实现作物光合面积和光合能力协同增加、挖掘作物产量潜力提供理论支撑。

钾营养对不同生长阶段叶片的超微结构影响模式图

我校资源与环境学院胡文诗博士研究生为论文第一作者，任涛副教授为通讯作者。作物养分管理团队鲁剑巍教授和密歇根州立大学Thomas D. Sharkey教授参与了该研究。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、资源与环境学院优秀青年导师培植等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1111/nph.16644

通讯员：胡文诗

审稿人：鲁剑巍