富里酸通过增强水稻磷吸收和根际磷活化提高其低磷胁迫抗性

为解决水稻生产中磷肥利用率低和土壤磷固定问题，研究人员开展富里酸(FA)调控水稻磷吸收机制研究，发现FA通过上调磷转运基因(OsPHT1s)表达、促进有机酸分泌及重塑根际解磷菌群，显著提高水稻磷利用效率(PUE)和产量，为绿色磷肥增效剂开发提供理论依据。

　　

磷是作物生长的必需营养元素，但土壤中的磷极易被铁、铝等金属离子固定，形成难溶性化合物。据统计，当前作物对磷肥的利用率仅为10%左右，不仅造成资源浪费，还会引发农业面源污染。水稻作为全球最重要的粮食作物之一，其生产过程中面临严重的低磷胁迫问题。传统农艺措施如测土配方施肥、有机肥添加等虽能部分缓解磷固定问题，但存在操作复杂、成本高等缺陷。寻找高效、便捷的磷肥增效途径成为农业可持续发展的重要课题。

在这项发表于《The Crop Journal》的研究中，安徽农业大学的罗冰冰、杨可可等科研人员通过三年田间试验，结合多组学分析技术，系统解析了富里酸(Fulvic acid, FA)提升水稻低磷抗性的多重机制。研究团队设置了0、90、180和360 g/小区的FA梯度处理，采用ICP-OES测定植株磷含量，qPCR分析磷转运基因表达，LC-MS检测根系分泌物，高通量测序解析根际菌群，并利用PICRUSt2预测微生物功能基因。

3.1 FA优化水稻农艺性状及磷利用效率

FA处理显著提高水稻产量相关指标，其中180 g FA处理(FA2)效果最佳，使2023年籽粒产量提升30.14%。FA2同时降低秸秆磷利用效率但提高籽粒磷利用效率，表明其促进磷向籽粒分配。

3.2 FA改变根际磷形态分布

FA处理使根际土壤pH降低，铁结合态磷(Fe-P)含量下降29.8-42.0%，促进难溶性磷向有效态转化。非根际土壤磷组分无显著变化，说明FA的影响具有根际特异性。

3.3 FA激活磷转运系统

FA2处理使水稻地上部磷吸收量增加28.38%，并上调OsPHT1;1(4.24倍)、OsPHT1;2(1.71倍)和OsPHT1;3(3.54倍)等磷转运基因表达，增强磷的吸收和转运能力。

3.4 FA调控根系分泌物谱

FA促进苹果酸、琥珀酸等有机酸分泌，其中FA2处理使苹果酸分泌量增加2.74倍。这些有机酸通过酸化环境和螯合金属离子活化固定态磷。

3.5 FA重塑根际解磷菌群

FA2显著增加gcd(葡萄糖脱氢酶)、pqqC(吡咯喹啉醌合成酶)等无机磷溶解基因丰度，同时提高酸性磷酸酶活性42.5%，形成微生物-植物协同的磷活化体系。

3.6 根系分泌物-菌群互作网络

研究发现谷氨酰脯氨酸、色氨酸酰胺等5种分泌物与菌群结构显著相关(r=0.798)，共同解释56.95%的菌群变异。FA通过调控这些关键代谢物定向富集解磷微生物。

该研究首次揭示FA通过"植物内在调控-根际微环境重塑"双途径缓解水稻低磷胁迫的机制。在植物层面，FA作为生物刺激素直接激活磷转运基因；在根际层面，FA通过改变根系分泌物组成，招募具有gcd、pqqC等解磷基因的功能菌群，并与植物分泌的有机酸协同活化Fe-P等难溶性磷。这种"双管齐下"的作用模式使FA处理组的磷利用效率显著提升，为开发新型生物磷肥增效剂提供了重要靶点。研究提出的"根系分泌物-微生物-磷活化"调控网络，也为通过根际微生态调控提高养分效率提供了新思路。值得注意的是，FA的效应存在剂量依赖性，180 g/小区为最佳施用量，过高剂量(360 g)反而抑制部分生理指标，这为FA的田间应用提供了精准用量参考。该成果对实现农业减施化肥和绿色发展具有重要实践价值。