中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所揭示玉米耐密高產(chǎn)的光合生理機(jī)制并提出其理想株型

　　近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物耕作與生態(tài)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)分析不同種植密度下玉米產(chǎn)量與光合作用相關(guān)性狀的關(guān)系，揭示了密植條件下調(diào)控玉米產(chǎn)量的光合生理機(jī)制，并提出了玉米耐密高產(chǎn)的理想株型，為玉米密植高產(chǎn)栽培及耐密品種改良提供了重要理論依據(jù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物生理（Plant Physiology）》上。此外，該期刊還發(fā)表點(diǎn)評(píng)文章系統(tǒng)總結(jié)了該研究成果。

 

　　玉米是我國(guó)第一大糧食作物，提高種植密度是玉米單產(chǎn)提升的關(guān)鍵栽培措施。但高密度種植通常導(dǎo)致群體冠層郁蔽、光合生產(chǎn)能力不足以及結(jié)實(shí)率下降，限制了作物產(chǎn)量的提升。因此，研究高密度種植條件下玉米冠層內(nèi)光合能力的響應(yīng)模式及其對(duì)產(chǎn)量的調(diào)控機(jī)制，對(duì)于實(shí)現(xiàn)增密增產(chǎn)至關(guān)重要。團(tuán)隊(duì)前期研究表明，葉片葉綠素含量高、光合同化速率高、光合持續(xù)時(shí)期長(zhǎng)以及葉綠素a/ b比值低等是決定玉米品種在密植條件下高產(chǎn)高光效的重要生理因素。此外，通過(guò)優(yōu)化施氮措施可增加灌漿期群體干物質(zhì)積累及氮素向籽粒的分配，從而彌補(bǔ)密植對(duì)玉米個(gè)體生長(zhǎng)的限制，實(shí)現(xiàn)群體產(chǎn)量和氮效率的協(xié)同提升。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)以玉米穗位為界，將冠層分為四層，通過(guò)兩年的田間試驗(yàn)對(duì)三個(gè)玉米品種種植情況系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，增加密度降低了穗下葉片葉綠素含量和凈光合速率，導(dǎo)致冠層下層單株生物量積累顯著降低，且產(chǎn)量性狀與冠層下層葉片的光合能力和生物量積累呈顯著正相關(guān)；同時(shí)，影響雌穗發(fā)育，導(dǎo)致穗長(zhǎng)及穗粒數(shù)減少。另外，通過(guò)分析不同密度條件下玉米冠層形態(tài)特征表明，增密后耐密高產(chǎn)玉米品種穗上葉片長(zhǎng)度和寬度降低；而穗下葉片長(zhǎng)度增加，葉片寬度降低幅度較小，穗下葉片面積變化不顯著。這一株型結(jié)構(gòu)可提高透光率，使更多光滲透到玉米下部，有利于下部冠層的光合作用及物質(zhì)積累能力，從而增加群體干物質(zhì)積累，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)?；谏鲜鼋Y(jié)果，研究進(jìn)一步提出了玉米高產(chǎn)高光效的理想株型。綜上所述，在密植條件下，維持下部冠層葉片的高光合效率以及較強(qiáng)的同化物合成、轉(zhuǎn)運(yùn)能力，同時(shí)促進(jìn)雌穗發(fā)育是提升玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵策略。該研究為優(yōu)化玉米密植高產(chǎn)栽培措施和培育耐密作物品種提供了重要理論依據(jù)。

 

　　作科所與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生閆艷艷為論文第一作者，周文彬研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。

 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae204