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在磷（P）受限环境中，植物能否从叶片沉积粉尘吸收 P 机制不明。本研究针对鹰嘴豆，探究叶片表面化学与结构特性对粉尘 P 吸收的影响。发现品种间响应差异大，正响应品种与低叶表 pH、高绒毛密度及代谢物渗出有关，为磷吸收提供新视角。
在广袤的陆地生态系统中，磷（P）作为植物生长发育不可或缺的关键营养元素，其在土壤中的低生物有效性却常常成为限制植物生产力的重要瓶颈。在碱性土壤中，P 离子易与钙结合形成难溶性的羟基磷灰石等化合物；而在酸性土壤里，P 又会与铝、铁氧化物反应生成不溶性复合物。此外，土壤的缓冲能力等因素也会影响 P 的有效性，导致植物面临 P 缺乏的挑战。然而，大气中的粉尘或许能成为植物获取 P 的重要补充来源，这些粉尘颗粒富含包括 P 在内的多种矿物质，但大多以难溶形式存在，植物如何从叶片沉积的粉尘中吸收 P 这一机制却一直笼罩在迷雾之中。
为了揭开这层神秘的面纱，来自以色列希伯来大学等机构的研究人员开展了相关研究，旨在探究鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）叶片表面的化学和结构特性对其从粉尘中吸收 P 的影响。研究成果发表在《Environmental and Experimental Botany》上。
研究人员选用了 9 个鹰嘴豆品种（包括 4 个野生型和 5 个栽培品种），在可控环境的温室中进行了一系列实验。主要采用的技术方法包括：通过扫描电子显微镜（SEM）观察叶片绒毛（trichome）的类型和密度；利用便携式平面 pH 电极测量叶片表面 pH；运用气相色谱 - 质谱联用仪（GC-MS）分析叶片渗出物中的代谢物成分；同时测定植株的生物量、叶片矿物质含量及 P 吸收量（P offtake）等指标，以评估不同品种对叶面施加富 P 粉尘的响应。
生长特性与粉尘响应差异
对 9 个鹰嘴豆品种的研究发现，它们对叶面粉尘处理的响应差异显著。品种‘Mekomit’表现出最显著的正响应，在实验 1 中总生物量增加了 169%，实验 2 中增加了 41%；而品种‘Cr205’在实验 1 中生物量减少了 28%，实验 2 中无显著响应。进一步分析表明，正响应品种‘Mekomit’的叶片绒毛密度显著高于负响应品种‘Cr205’，尤其是非腺毛密度达到 32.5 个 /mm2，远高于‘Cr205’的 10 个 /mm2。同时，在低 P 条件下，正响应品种‘Zehavit’的腺毛和非腺毛密度均显著高于负响应品种‘Cr934’，且 P 缺乏会使两个品种的腺毛密度显著增加。
叶片化学特性与 P 吸收
P 吸收量的计算结果显示，仅‘Mekomit’在粉尘处理后 P 吸收量显著增加，从低 P 处理的 60 mg/P?plant?1 增至 108 mg/P?plant?1，其他品种无显著变化。叶片表面 pH 测定表明，不同品种的叶表 pH 差异较大，实验 1 中最低 pH 为 1.2（品种‘Samoa’），最高为 2.5（品种‘Cr778’）；实验 2 中‘Mekomit’的 pH 低至 0.8，‘Cr934’为 1.8。此外，叶表 pH 在一天内呈现动态变化，早晨较低，下午逐渐升高。粉尘保留能力评估显示，品种间差异明显，‘Samoa’的粉尘保留评分最高（4.3），‘Cr934’最低（1.6）。GC-MS 分析叶片渗出物发现，正响应品种‘Mekomit’在低 P 条件下渗出的有机酸（如草酸、苹果酸）和糖类（如蔗糖）显著高于负响应品种，其中草酸和苹果酸的渗出量分别是负响应品种‘Cr934’的 1.8×10?倍和 592 倍，蔗糖渗出量是‘Cr205’的 38.5 倍。
叶片特性与 P 溶解的关联
研究发现，叶片的粉尘保留能力与叶表 pH 呈负相关，较低的叶表 pH 有助于粉尘保留。绒毛通过增加叶片表面粗糙度和促进渗出物分泌，在粉尘捕获和 P 溶解中发挥重要作用，非腺毛主要起物理屏障和粉尘捕获作用，腺毛则通过分泌有机酸降低叶表 pH，促进 P 溶解。叶表酸性环境由有机酸渗出和质子转运维持，低 pH 显著提高了难溶性磷灰石的溶解度，从而增加 P 的生物有效性。此外，叶片渗出的有机酸（如草酸、苹果酸）通过酸化环境和螯合钙离子，协同促进 Ca-P 的溶解，这与‘Mekomit’高效利用粉尘 P 的能力密切相关。研究还推测，叶片渗出物可能通过影响叶际微生物群落，特别是磷溶解微生物（PSMs）的活动，间接促进 P 的溶解和吸收，但这一假设尚需进一步验证。
这项研究首次系统揭示了鹰嘴豆叶片表面特性对粉尘 P 吸收的调控机制。研究表明，叶片表面 pH 降低、绒毛密度增加以及有机酸等代谢物的大量渗出，是鹰嘴豆从粉尘中高效吸收 P 的关键因素。这一发现不仅拓展了我们对植物在逆境条件下养分获取策略的认知，也为培育适应低磷环境的作物品种提供了新的思路和靶点。通过遗传改良增强作物叶片的粉尘捕获能力、酸性环境营造能力和代谢物渗出能力，有望开辟提高作物养分利用效率的新途径，为应对全球土壤磷资源匮乏和农业可持续发展提供科学依据。
