根际长链多磷酸盐水解酶：植物源多磷酸酶样酶的首次发现及其在磷循环中的意义

本研究针对植物如何利用长链多磷酸盐（poly-P）这一关键科学问题，通过无菌培养实验首次证实辣椒等植物可通过根系分泌多磷酸酶样酶（polyphosphatase-like enzyme）直接水解长链/环状poly-P。分离鉴定的20 kDa蛋白STH-21展现出超越已知植物磷酸酶的水解活性，颠覆了"植物完全依赖微生物水解poly-P"的传统认知，为开发新型磷肥提供了酶学基础。

　　

磷素是植物生长的必需元素，但土壤中约70%的磷以有机态或难溶性无机态存在。多磷酸盐（polyphosphate, poly-P）作为潜在的高效磷肥，其长链形式在土壤中稳定性强，传统观点认为必须通过微生物分泌的多磷酸酶（polyphosphatase）水解为单体磷酸盐（ortho-P）才能被植物吸收。这种认知导致农业生产中过度依赖微生物活动来释放磷素，制约了磷肥利用效率的提升。更矛盾的是，尽管部分研究显示poly-P肥效优于ortho-P，但另一些实验却得出相反结论，这种争议背后可能隐藏着未被揭示的植物自身poly-P利用机制。

CFPN（植物营养与施肥中心）的研究人员通过系统的无菌培养实验，首次在辣椒（Capsicum annuum）中发现了具有长链poly-P水解活性的植物源酶。这项发表在《Plant Physiology and Biochemistry》的研究，采用六种植物（辣椒/黑麦草/三叶草/番茄/苜蓿/生菜）的无菌培养体系，结合蛋白质组学技术，揭示了植物独立于微生物的poly-P利用途径。关键技术包括：无菌MS培养基培养比较、根组织水解活性测定、液相色谱蛋白分离、质谱鉴定等。

【生长在无菌琼脂培养基】实验显示，不同植物对环状六聚磷酸盐（P6 cyc）的利用效率差异显著：辣椒生物量达到ortho-P处理的95%，而生菜仅20%，表明物种特异性水解能力。通过比较根/叶组织活性，发现辣椒根系水解活性是生菜的7.3倍，且叶片活性最低，证明水解主要发生在根际。

【讨论】部分颠覆了"poly-P水解完全依赖微生物"的传统认知。新发现的STH-21蛋白（20 kDa）在热失活实验中表现出典型酶特性，对三聚磷酸盐（P3）水解效率达82%，但对更长链（P14）降至31%，显示链长依赖性。该酶与已知植物酸性磷酸酶（APase）和焦磷酸酶（PPase）在分子量（APase通常>35 kDa）和底物特异性（PPase仅作用于P2）存在显著差异。

【结论】这项研究首次证实高等植物能分泌特异性polyphosphatase-like enzyme直接水解长链poly-P，其发现具有三重意义：为解释poly-P肥效差异提供酶学依据；拓宽了植物磷获取机制的认知边界；为设计"酶-肥协同"的新型磷肥奠定理论基础。STH-21的独特性质提示其可能代表全新的水解酶家族，未来研究需解析其三维结构及编码基因。