水稻-油菜轮作系统是实现粮油兼丰的重要种植模式。长期生产实践中，由于旱地与水田在土壤有效磷状态和作物磷营养特性上存在显著差异，形成了“重旱轻水”的磷肥管理策略。一般认为，旱地作物对磷需求量大且对缺磷更为敏感；而在淹水条件下，水田土壤有效磷显著提高，再加上水稻本身较强的养分吸收能力，即便在较低磷肥投入下，仍能表现出很强的环境适应性，其磷利用效率（PUE）也明显高于油菜。不过，这种跨物种PUE差异背后，作物如何通过调控内部磷素分配与再利用，实现对低磷环境下磷素的高效利用，其生理机制仍有待阐明。厘清这一问题，对于深入理解水稻-油菜轮作体系中“重旱轻水”的磷肥施用策略并推动磷资源高效利用具有重要意义。
定位试验田航拍图（始于2016年，油菜对缺磷更为敏感）
近日，华中农业大学资源与环境学院作物养分管理团队在Plant, Cell & Environment期刊在线发表题为Temporal phosphorus allocation and resorption plasticity drive interspecific phosphorus-use efficiency in rice-rapeseed rotations的研究成果，从磷利用生理机制层面系统解析了稻油轮作系统中“重旱轻水”磷肥管理策略的理论基础。该研究围绕轮作系统中水稻与油菜两种作物，系统分析了叶片磷素分配和再利用、脂质代谢的动态变化规律，并结合叶片光合生理功能的响应特征，揭示了两种作物在磷利用策略上存在本质性差异。
水稻：无机磷存储和再分配为主的长周期再利用
水稻表现出较高的磷再利用效率（PRE约70%）。在叶片扩张阶段，新吸收的磷素主要以无机磷（Pi）形式储存在液泡中，形成以无机磷为主、具有较强再利用潜力的内部磷库。随着叶片进入衰老阶段，植物通过液泡Pi外运，并协同降解磷脂与核酸，实现对内部磷素的再利用。这一过程贯穿叶片寿命的一半以上，体现出典型的长周期磷再利用特征，反映了水稻较强的磷周转与再利用能力，是其适应低磷环境的重要生理基础。
两种作物磷利用效率及再利用策略差异
油菜：高结构性磷投入与短周期磷再利用
相比之下，油菜叶片在扩张阶段将更多的磷素分配至磷脂和核酸等组分，导致其内部磷库中结构性有机磷占比较高、磷周转相对低效。在缺磷条件下，油菜虽可通过“磷脂替代”等途径部分动员膜脂磷以维持核心代谢，但其养分再利用过程仅发生在叶片寿命中约12.5%的较短时段内。由于再利用周期短且效率相对低（PRE约50%），油菜对外部磷肥表现出更强的依赖性。
叶片生长发育过程叶片磷分配策略
综上所述，该研究通过比较单子叶水稻与双子叶油菜在叶片无机磷/有机磷库（Pi/Po）构建、磷周转周期和再利用效率上的差异，不仅丰富了植物磷素稳态调控和内部循环利用的理论框架，也为“重旱轻水”的精准施磷提供了生理学依据，并提出了通过提高Pi/Po比、延长内部磷循环周期等策略开展高PUE育种和优化周年磷肥运筹的可行思路。
图2稻油轮作系统作物磷吸收利用与叶片磷分配策略总结
论文第一作者为华中农业大学资源与环境学院博士研究生王崇铭，通讯作者为陆志峰副教授。土耳其萨班哲大学Ismail Cakmak教授，华中农业大学鲁剑巍教授、任涛教授、李小坤教授、张文君副教授、丛日环副教授和硕士研究生谢尚典参与了研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费的联合资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1111/pce.70559
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