《New Phytologist》：Biochemical phosphorus allocation is linked to photosynthetic phosphorus-use efficiency in a phosphorus-impoverished environment
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本研究揭示了在极度贫磷土壤中，12种植物通过物种特异性和生境依赖性的磷分配策略，调控核酸磷、残留磷及卡尔文-本森循环关键含磷代谢物（如RuBP、PGA）的积累，从而实现高瞬时光合磷利用效率（iPPUE）并塑造叶片经济谱（LES）资源利用策略。该研究为解析植物磷高效利用的生化基础提供了新视角。
研究背景
植物在严重磷（P）匮乏环境中的生存策略是生态生理学研究的热点。西南澳大利亚作为典型的贫磷生物多样性热点区域，为研究植物磷利用效率提供了天然实验室。本研究选取当地4科12种植物，探究其在两种贫磷土壤（沙丘与平地）中叶片功能性状、磷分配模式及含磷代谢物调控机制，旨在揭示高瞬时光合磷利用效率（iPPUE）的生化基础及其与叶片经济谱（LES）的关联。
材料与方法
研究区域为澳大利亚珀斯的Alison Baird保护区，包含沙丘和平地两种生境。测定叶片功能性状（如LMA、FMA、光合速率）、磷组分（核酸磷、脂质磷、代谢物磷、残留磷、无机磷）及14种含磷代谢物浓度，结合主成分分析（PCA）和随机森林模型，解析性状间关联。
叶片功能性状与磷分配规律
所有物种叶片磷浓度（[P]）均低于全球平均水平，但iPPUE接近或高于全球均值。物种间LMA、光合参数等性状差异显著，且受生境调节。磷分配模式呈现物种依赖性：沙丘生境中植物倾向于增加代谢物磷和核酸磷分配，例如Stirlingia latifolia在沙丘中2-磷酸甘油酸（2PG）积累显著，而Banksia telmatiaea则提升核酮糖-1,5-二磷酸（RuBP）比例。脂质磷浓度与蛋白质周转率呈正相关，表明其在维持代谢稳态中起关键作用。
含磷代谢物与iPPUE的调控网络
卡尔文-本森循环中间体（如RuBP、3-磷酸甘油酸（PGA））的浓度与iPPUE及LES评分显著正相关。随机森林模型进一步确认RuBP、PGA和果糖-1,6-二磷酸（FBP）是预测iPPUE的关键代谢物。例如，Fabaceae通过高FBP和PGA浓度维持光合效率，而Proteaceae则依赖RuBP和核酮糖-5-磷酸（Ru5P）的积累。2PG作为代谢物磷中占比最高的组分（约66%），其浓度变化与碳代谢平衡密切相关。
资源利用策略的生化基础
LES保守型物种（如Ericaceae）具有低核酸磷分配和高LMA，而相对 acquisitive 型物种（如部分Fabaceae）则呈现高核酸磷残留磷比例。PCA分析显示，核酸磷和残留磷浓度与LES评分呈正相关，说明高蛋白质合成能力支持快速资源获取策略。生境差异进一步调节此关系：平地土壤中植物核酸磷分配降低，而脂质磷比例升高，反映环境压力下的可塑性调控。
结论
植物在贫磷环境中通过精细化调控磷在生化组分间的分配（如提升核酸磷与关键代谢物投资）及代谢网络流量（如优化卡尔文-本森循环中间体库容），实现高iPPUE。该研究从代谢层面揭示了LES策略的生化实现途径，为作物磷效率改良提供理论依据。
