综述：从模式植物中获取启示以提高棉花对氮和磷的利用效率

这篇综述系统探讨了氮(N)和磷(P)在棉花生长中的关键作用及其分子调控机制，提出了通过借鉴模式植物研究成果来优化棉花养分利用效率(NUE/PUE)的策略。文章重点解析了N/P相关酶(如NR、GS)、激素(如ABA、CTKs)及转运蛋白家族(NRTs/AMTs)的调控网络，并揭示了N-P信号整合(如NRT1.1-SPX模块)的前沿进展，为培育高效棉花品种提供了理论依据。

　　

氮和磷在棉花中的作用

作为全球重要的经济作物，棉花对氮肥的需求显著高于其他作物。氮(N)是叶绿素、蛋白质和激素的关键组分，直接影响光合作用和产量形成。磷(P)则参与核酸合成、能量代谢(ATP)及逆境响应。研究表明，缺氮会导致棉花叶片黄化、分枝减少，而缺磷则引发根系发育不良和叶片紫红化。过量施氮反而会加剧蕾铃脱落，降低纤维品质。

对生长和产量的影响

氮磷协同显著影响棉花"叶-蕾-铃系统"平衡。适量氮供应可增加单铃重和纤维重量，但过量会延迟成熟。磷缺乏直接减少棉株高度和叶面积，但通过提高结铃率可补偿产量损失。有趣的是，土壤磷超过需求阈值后，增产效应会趋于平缓。

生理和分子机制

氮代谢核心酶硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)将NO₃^-转化为氨基酸。磷胁迫时，酸性磷酸酶活性升高促进有机磷水解。激素网络尤为关键：脱落酸(ABA)调控侧根发育，细胞分裂素(CTKs)通过AtIPT3/5基因传递氮信号，而赤霉素(GA)通过GRF4调控NH₄⁺吸收。

高效基因与转运系统

棉花基因组包含154个氮转运蛋白(NPF)和28个铵转运体(AMT)。低磷胁迫会激活GhWRKY6、GbWRKY1等转录因子，调控磷饥饿响应(PSR)基因。值得注意的是，γ-氨基丁酸(GABA)能增强棉花低氮耐受性，维持碳氮平衡。

N-P信号整合

前沿研究发现NRT1.1B-SPX4模块是氮磷协同的核心：硝酸盐通过OsNRT1.1B促进OsSPX4降解，释放转录因子OsPHR2进入细胞核激活磷响应基因。AtNIGT1家族则双向调控NRT2.1和PHO2表达，实现养分稳态。

未来展望

单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术有望揭示棉花细胞特异性养分响应机制。无人机(UAV)表型组平台可高效筛选NUE/PUE相关性状。通过挖掘miR169等调控因子，结合GWAS分析，将加速培育"减施增效"棉花新品种，推动可持续农业发展。