揭示土壤矿物质中钾如何被植物生物利用

X射线吸收光谱和计算方法的结合揭示了钾与有机酸相关的独特键合环境。

钾是植物生长所必需的元素。然而，土壤中可供植物利用的钾含量通常很低。幸运的是，土壤中的土壤矿物质含有钾，而且有许多微生物可以通过分泌有机酸来风化矿物质表面，有机酸会溶解矿物质，从而释放钾。

《化学物理学报》最近发表的一项研究表明，不同有机酸中钾的键合环境具有不同的特征，可以使用 X 射线技术检测出来。键合环境的特征可以告知钾是否与碳、氮或氧相关。

微生物矿物风化已被证明是一种可持续增加植物对钾 (K) 的利用率的有希望的途径。然而，微生物 K 转化的潜在机制尚不清楚。

为了更好地了解微生物如何从矿物质中获取钾，一个由多所机构组成的科学家团队在斯坦福同步辐射光源 (SSRL) 上对钾有机盐(包括醋酸盐、柠檬酸盐、硝酸盐、草酸盐和酒石酸盐)进行了 X 射线吸收光谱 (XAS) 分析，这些盐通常被观察为土壤微生物分泌的酸。有机盐显示 XAS 光谱，每种光谱都具有许多独特的特征。

为了确定导致有机盐中某些独特光谱特征的电子移动，该团队利用环境分子科学实验室 (EMSL)、能源部、科学办公室用户设施和太平洋西北国家实验室的科学家的计算工具和专业知识来模拟实验光谱。该团队详细分析了 K-有机盐键合，以解释 XAS 光谱形状为何不同。

他们的研究结果还表明，尽管每种有机盐的 K 离子周围的键合环境相似，但 XAS 光谱与整个化合物相关。对有机化合物中 K 离子键合环境的深入了解为了解 K 如何通过微生物过程转化并被植物吸收提供了重要的工具。

这项研究的成果是同类研究中的首创成果之一，它确定了钾有机酸的特殊特征。这一发现将使未来的研究人员能够识别复杂的生物和环境样本中与钾结合的有机化合物类型，这是迄今为止人们所不知道的。

这项研究的另一个影响是对这些特征的表征;这将使未来的研究能够在空间上区分天然土壤中的这些钾有机分子。总的来说，这项研究对于全面了解钾如何在土壤基质、微生物和植物之间循环具有重要意义。