植物在很大程度上依赖于高效的养分吸收与利用以实现最佳的生长和发育。然而，植物持续遭受着多种生物胁迫的侵扰，如病原体感染、昆虫害虫和食草动物的侵害，以及干旱、盐度、极端温度和营养失衡等非生物胁迫。这些胁迫显著影响了植物对养分的吸收和利用效率。理解植物如何在生物和非生物胁迫条件下保持养分吸收和利用效率，对于提高作物的抗逆性和可持续发展至关重要。
近日，JIPB在线发表了西北农林科技大学王存教授团队和山东大学白明义教授团队题为“The interaction of nutrient uptake with biotic and abiotic stresses in plants”的特约综述论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13827)，探讨了在生物和非生物胁迫条件下，植物养分吸收与利用效率机制方面的最新研究进展，希望为培育耐胁迫且营养高效利用的作物品种以及推动农业可持续发展提供理论依据。
土壤为植物提供14种重要的矿质营养素，根据其≥0.1%的干生物量占比，将其分为大量营养素和微量营养素。大量营养素包括氮 (N)、磷 (P)、钾 (K)、硫 (S)、钙 (Ca) 和镁 (Mg) 。氮、磷和钾是植物生长发育不可或缺的三大营养素，对于植物根系发育、促进光合作用、维持细胞渗透压以及提高抗病能力等至关重要。植物主要从土壤中获取营养，这些营养的吸收利用主要依赖于一些跨膜蛋白和离子通道，生物及非生物胁迫通过调控这些蛋白和通道进一步影响元素的吸收和信号转导 (图1–3)。
图1. 生物和非生物胁迫下植物氮的吸收和信号转导
图2. 植物在生物和非生物胁迫下的磷酸盐吸收和信号转导
图3. 生物和非生物胁迫下植物钾离子稳态调节机制
钙对植物的生长和发育至关重要，不仅是细胞壁和细胞膜的结构成分，还在膜通透性、细胞分裂和细胞极性生长等多种生理过程中发挥关键作用。此外，钙作为真核细胞中广泛存的第二信使，对植物生长发育和响应逆境胁迫至关重要(图4, 图5)。
图4. Ca2+信号在植物非生物胁迫调控中的作用
图5. Ca2+在植物免疫和防御反应中的作用
微量营养素铁 (Fe)、锰 (Mn)、锌 (Zn)、铜 (Cu)、钼 (Mo)、硼 (B)、氯 (Cl) 和镍 (Ni)，以及有益元素钠 (Na)、硒 (Se)、硅 (Si) 和钴 (Co)，在植物对生物和非生物胁迫的响应中起着关键作用。尽管它们的浓度很低，但它们是参与应激感知、信号转导和关键酶、辅酶因子和信号分子的重要组成部分。在生物应激过程中，微量和有益元素有助于激活防御机制、合成抗微生物化合物和调节免疫信号通路。另一方面，在非生物胁迫下，它们有助于维持细胞稳态、渗透调节和清除活性氧等，从而减轻应激引起的损伤 (图6)。
图6. 植物在生物和非生物胁迫下对微量营养素和有益元素的吸收和转运
综上所述，本文系统的总结了植物在不同胁迫条件下大量元素、微量元素以及有益元素吸收和利用的分子机制。通过整合和总结这些关键方面，旨在为开发抗逆和营养高效利用的作物品种提供全面见解。
山东大学王灵燕博士后为论文第一作者，西北农林科技大学青年教师琚传凤和山东大学韩超副教授为论文共同第一作者。西北农林科技大学王存教授和山东大学白明义教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、山东省农业品种改良项目、等项目的资助。
文章引用：Wang, L., Ju, C., Han, C., Yu, Z., Bai, M., and Wang, C. (2025). The interaction of nutrient uptake with biotic and abiotic stresses in plants. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13827
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