《South African Journal of Botany》：Smoke water promotes root meristem activity and cell elongation but inhibits root hair growth under phosphorus deficiency in rice
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稻秆烟雾水通过增强分生组织活性、细胞增殖与伸长促进水稻根伸长，缓解缺磷诱导的活性氧积累，但抑制根毛发育并降低磷吸收效率，同时调整根内磷分配。
Lalichat Ariyakulkiat|Sompop Pinit|Juthamas Chaiwanon
泰国曼谷朱拉隆功大学理学院植物学系环境与植物生理学卓越中心
摘要
磷（P）缺乏是限制作物产量的主要因素，植物会通过根部的适应性变化来优化磷的吸收。据报道，植物产生的烟雾水可以促进根系生长，但其在这种缺磷条件下的作用机制仍不清楚。在本研究中，我们探讨了稻草产生的烟雾水在水培条件下（无论磷供应量高低）对水稻（品种：Nipponbare）根分生组织发育、活性氧（ROS）积累以及磷利用效率的影响。缺磷会通过限制根分生组织中的细胞增殖来减少根系伸长。烟雾水处理在高磷和低磷条件下均能通过增加分生组织大小、细胞数量和成熟细胞长度来促进根系伸长，并减轻缺磷时根尖处超氧阴离子的积累。尽管烟雾水总体上促进了根系生长，但它抑制了根毛的伸长，同时磷补充后磷酸盐的吸收速率也有所下降。这些结果表明，在营养胁迫下，烟雾水在促进根系伸长的同时，还调节了磷的吸收和分配。
引言
磷（P）是一种重要的大量元素，参与能量代谢、核酸合成和植物整体发育。然而，由于其在土壤中的溶解度低且移动性差，缺磷是农业中最常见的问题之一，严重限制了植物生长和作物产量（Heuer等人，2017年）。为了应对缺磷，植物采取了一系列适应性策略来提高养分吸收效率，包括增加根系与地上部分的比例、改变根系结构（通过减少主根生长、促进侧根发育和增加根毛形成）（Niu等人，2013年；Lynch，2019年）。这些形态变化增加了根系表面积，从而提高了从土壤中获取磷的能力。根系伸长速率受根尖分生组织及伸长区细胞活动的协调控制（Beemster和Baskin，1998年）。根系生长依赖于分生组织中的活跃细胞增殖以及随后在过渡区和伸长区的快速细胞伸长（De Nittis等人，2025年）。当细胞离开伸长区进入分化区时，根表皮细胞会发育出根毛，根毛在吸收磷等不可移动养分方面起着重要作用（De Bang等人，2021年）。这些细胞过程受到激素信号网络的严格调控（Niu等人，2013年；Chaiwanon等人，2016年；De Nittis等人，2025年），同时也受到活性氧（ROS）的影响，活性氧已被证明能调节根尖处细胞增殖与分化的平衡（Zhou等人，2020年）。
植物产生的烟雾水是生物质燃烧的产物，其中含有多种水溶性化合物，包括促进生长的分子如karrikins和butenolides（Light等人，2010年；Nelson等人，2012年）。已有研究表明，烟雾水可以刺激多种植物的种子萌发和生长（Elsadek和Yousef，2019年）。我们之前的研究显示，稻草产生的烟雾水在缺磷条件下能促进水稻幼苗的根系生长（Pinit等人，2023年）。然而，烟雾水在缺磷条件下如何在细胞层面促进根系生长的具体机制仍不清楚。
在本研究中，我们以缺乏与根系发育增强和耐缺磷性相关的PSTOL1基因的水稻品种Nipponbare为对象，探讨了烟雾水对其根系生长的影响。通过水培系统，我们研究了烟雾水在磷充足和缺磷条件下对根分生组织活性、细胞伸长、ROS积累和根毛发育的影响，并评估了磷的吸收和利用效率，以了解烟雾水如何调节根系对营养胁迫的响应。
植物产生的烟雾水制备方法
烟雾水的制备方法参照了我们之前的研究（Pinit等人，2023年）。具体步骤如下：将1公斤干燥稻草在配备真空泵的封闭燃烧系统中燃烧，使烟雾通过1升蒸馏水进行吸收，从而得到用于后续实验的烟雾水溶液。
植物材料及生长条件
实验所用水稻品种为Oryza sativa L. cv. Nipponbare，该品种来自...
烟雾水通过增强缺磷条件下的分生组织活性来促进根系伸长
为了研究烟雾水对缺磷条件下根系发育的影响，我们在高磷（HP）和低磷（LP）条件下进行水培实验，其中部分实验添加了0.5%的烟雾水。0.5%的浓度是通过初步测试确定的，该浓度被认为是促进根系伸长的最佳剂量（见方法部分；图S1）。未经处理的植物在低磷条件下主根长度略有缩短，但烟雾水处理后...
讨论
磷的可用性对根系结构有显著影响，不同基因型对缺磷的响应差异很大（Pinit等人，2022年）。本研究证明，烟雾水能促进缺乏PSTOL1基因（该基因与根系发育增强和耐缺磷性相关，Gamuyao等人，2012年）的水稻品种Nipponbare的根系生长。结果表明，烟雾水在磷充足和缺磷条件下均能促进根系伸长，尤其是在...
结论
我们的研究发现，烟雾水通过促进分生组织活性和细胞伸长来增强缺磷条件下的根系生长，同时还能调节活性氧的积累和磷的体内分配。然而，它对根毛伸长的抑制作用表明其作用机制较为复杂，需要进一步精炼其成分。在土壤系统和田间条件下开展进一步研究对于评估烟雾水的实际应用潜力至关重要。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在撰写本文时，作者使用了ChatGPT来提升语言表达和可读性。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对出版物的内容负全责。
资金支持
本研究由泰国朱拉隆功大学科学研究与创新基金（编号：BCG66230006）资助；J.C. L.A.还获得了泰国科学成就奖学金（SAST）的支持。
数据获取
所有相关数据均包含在手稿及其补充材料中。
作者贡献声明
Lalichat Ariyakulkiat：负责写作——审稿与编辑、初稿撰写、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。Sompop Pinit：负责写作——审稿与编辑、方法设计、实验实施、概念构建。Juthamas Chaiwanon：负责写作——审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资金申请、概念构建。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢朱拉隆功大学理学院植物学系环境与植物生理学卓越中心的各位成员在整个项目中的协助。
