近日，農(nóng)學(xué)院王振林教授團(tuán)隊(duì)在《Field Crops Research》在線發(fā)表了題為“Nitrogen regulates stem lodging resistance by breaking the balance of photosynthetic carbon allocation in wheat”的研究論文。李春輝博士、常永蘭博士為該論文的第一作者，李勇副教授為該論文的通訊作者。

在一定范圍內(nèi)增加氮肥投入可以提高小麥的生物量和產(chǎn)量。然而，過量的氮肥投入會(huì)破壞光合碳分配的平衡，導(dǎo)致莖稈中碳同化物含量和比例發(fā)生變化，這使莖稈質(zhì)量變差，倒伏風(fēng)險(xiǎn)增加，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

葉片進(jìn)行光合作用合成淀粉，多余的淀粉被降解并輸出，這增加了葉片的可溶性糖含量，其中的蔗糖被向外轉(zhuǎn)運(yùn)。莖稈利用葉片轉(zhuǎn)運(yùn)的蔗糖進(jìn)行生物合成。氮肥增加了葉片可溶性糖含量，即增強(qiáng)了葉片生產(chǎn)同化物的能力。

圖1. 施氮量對莖稈基部第二節(jié)間碳水化合物含量、基因表達(dá)的影響

研究表明，每增加120kg hm-2的氮肥，葉片果糖、葡萄糖和蔗糖含量分別增加0.54mg g-1、3.80mg g-1和4.89mg g-1。雖然莖稈內(nèi)可溶性糖含量減少，但淀粉降解酶基因TaBYM1表達(dá)量提高，導(dǎo)致淀粉被降解，莖稈用于碳水化合物合成的底物（葡萄糖）增加。然而，由于莖稈中木質(zhì)素和纖維素合成的關(guān)鍵基因的表達(dá)減少，莖稈從同化物中合成纖維素和木質(zhì)素的能力降低，導(dǎo)致莖稈的質(zhì)量變差。最終，引發(fā)了倒伏，產(chǎn)量下降。

圖2. 高氮抑制小麥莖稈碳水化合物合成的假設(shè)機(jī)制

該研究解析了氮肥水平對小麥光合碳同化物分配、產(chǎn)量和抗倒伏性的調(diào)控效應(yīng)，為探究協(xié)同實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)和抗倒伏性的栽培調(diào)控途徑提供理論依據(jù)。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才計(jì)劃和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.fcr.2023.108908

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波