近日，中国农业科学院作物科学研究所作物耕作与生态创新团队通过系统分析不同种植密度下玉米产量与光合作用相关性状的关系，揭示了密植条件下调控玉米产量的光合生理机制，并提出了玉米耐密高产的理想株型，为玉米密植高产栽培及耐密品种改良提供了重要理论依据。相关研究成果发表在《植物生理（Plant Physiology）》上。此外，该期刊还发表点评文章系统总结了该研究成果。
玉米是我国第一大粮食作物，提高种植密度是玉米单产提升的关键栽培措施。但高密度种植通常导致群体冠层郁蔽、光合生产能力不足以及结实率下降，限制了作物产量的提升。因此，研究高密度种植条件下玉米冠层内光合能力的响应模式及其对产量的调控机制，对于实现增密增产至关重要。团队前期研究表明，叶片叶绿素含量高、光合同化速率高、光合持续时期长以及叶绿素a/ b比值低等是决定玉米品种在密植条件下高产高光效的重要生理因素。此外，通过优化施氮措施可增加灌浆期群体干物质积累及氮素向籽粒的分配，从而弥补密植对玉米个体生长的限制，实现群体产量和氮效率的协同提升。
研究团队以玉米穗位为界，将冠层分为四层，通过两年的田间试验对三个玉米品种种植情况系统分析发现，增加密度降低了穗下叶片叶绿素含量和净光合速率，导致冠层下层单株生物量积累显著降低，且产量性状与冠层下层叶片的光合能力和生物量积累呈显著正相关；同时，影响雌穗发育，导致穗长及穗粒数减少。另外，通过分析不同密度条件下玉米冠层形态特征表明，增密后耐密高产玉米品种穗上叶片长度和宽度降低；而穗下叶片长度增加，叶片宽度降低幅度较小，穗下叶片面积变化不显著。这一株型结构可提高透光率，使更多光渗透到玉米下部，有利于下部冠层的光合作用及物质积累能力，从而增加群体干物质积累，实现高产。基于上述结果，研究进一步提出了玉米高产高光效的理想株型。综上所述，在密植条件下，维持下部冠层叶片的高光合效率以及较强的同化物合成、转运能力，同时促进雌穗发育是提升玉米产量的关键策略。该研究为优化玉米密植高产栽培措施和培育耐密作物品种提供了重要理论依据。
作科所与南京农业大学联合培养博士生闫艳艳为论文第一作者，周文彬研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、中国农科院创新工程等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae204
日期：2024-05-06
