玉米是大陸第一大糧食作物，約占糧食種植總面積的35%，在保障國家糧食安全方面發揮着重要作用。由于可用耕地面積有限，提高種植密度是玉米單産提升的關鍵栽培措施。光合作用是作物産量形成的物質基礎，但高密度種植通常導緻群體郁蔽、光合生産能力不足以及結實率下降，限制了作物産量的提升。是以，研究高密度種植條件下玉米冠層内光合能力的響應模式及其對産量的調控機制，對于實作增密增産至關重要。團隊前期通過多年多點大田試驗研究表明，葉片葉綠素含量高、光合同化速率高、光合持續時期長以及葉綠素a/ b比值低等是決定玉米品種在密植條件下高産高光效的重要生理因素（Photosynthesis Research, 2021, 150: 295-311）。此外，通過優化施氮措施可增加灌漿期群體幹物質積累及氮素向籽粒的配置設定，進而彌補密植對玉米個體生長的限制，實作群體産量和氮效率的協同提升（Field Crops Research，2023, 294: 108874）。
近日，中國農業科學院作物科學研究所周文彬研究員團隊在Plant Physiology發表了題為“Photosynthetic capacity and assimilate transport of the lower canopy influence maize yield under high planting density”的研究論文。該研究揭示了密植條件下調控玉米産量的光合生理機制，并提出了玉米耐密高産的理想株型。
該研究以玉米穗位為界，将冠層分為四層，通過兩年的田間試驗系統分析了三個玉米品種在不同種植密度下的産量和全冠層光合相關性狀的變化，以闡明增密後冠層光合生理響應及其在調控産量形成中的作用。研究表明，增加種植密度降低玉米冠層透光率，并降低了穗下葉片葉綠素含量和淨光合速率，導緻冠層下層單株生物量積累顯著降低。同時，增加種植密度降低雌穗代謝活性，進而限制雌穗發育，導緻穗長及穗粒數減少。是以，增密通過對穗下葉片和雌穗發育的影響引起産量損失。此外，研究還發現産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，表明密植條件下穗下葉片光合和物質積累能力對玉米增産具有關鍵作用。
通過分析不同密度條件下玉米冠層形态特征表明，增密後耐密高産玉米品種穗上葉片長度和寬度降低；而穗下葉片長度增加，葉片寬度降低幅度較小，穗下葉片面積變化不顯著。這一株型結構可提高透光率，使更多光滲透到下部冠層，有利于下部冠層的光合作用，進而維持物質積累能力，并增加群體幹物質積累，實作高産。基于上述結果，該研究進一步提出了玉米高産高光效的理想株型。
綜上，在密植條件下維持較低冠層葉片的高光合碳同化和同化物轉運能力、及促進雌穗發育是提升玉米産量的關鍵政策。該研究為優化密植高産栽培措施和培育耐密作物品種提供新思路和新見解，為進一步提升大田作物産量潛力提供了重要理論依據。
中國農業科學院作物科學研究所與南京農業大學聯合培養博士生闫豔豔為文章第一作者，中國農業科學院作物科學研究所周文彬研究員為本文的通訊作者。此外，南京農業大學農學院戴廷波教授和甯夏農林科學院農作物研究所王永宏研究員等參與該研究工作。該研究得到了國家重點研發計劃等項目的資助。
論文連結：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae204
植物科學最前沿，專注于植物科學前沿進展、資訊、招聘資訊的釋出及方法軟體共享等。投稿及招聘請背景回複“投稿”，均為無償；商務合作請聯系微信ID：zwkxqy ；