《Frontiers in Plant Science》：Photosynthetic performance of spring maize leaves and the development and formation of superior and inferior grains
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本研究通過三年田間試驗系統揭示了180 kg ha–1氮肥施用（N180）通過優化花后葉片抗氧化酶（SOD/POD）活性與激素平衡（ZR/ABA），延緩葉片衰老，使凈光合速率提升1.8-76.6%；同時增強籽粒中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）和可溶性淀粉合成酶（SSS）活性（7.7-49.3%），優化內源激素動態，延長淀粉活躍積累期，最終協同提高穗粒數和百粒重，實現增產5.8-55.7%。該研究為東北黑土區春玉米高產高效栽培提供了生理機制支撐。
引言
東北黑土區是中國春玉米主產區，產量占全國31.2%。花后葉片光合性能衰退和籽粒灌漿不均是限制玉米產量提升的關鍵因素。氮肥管理通過調節活性氧清除機制（如超氧化物歧化酶SOD、過氧化物酶POD）和內源激素平衡（玉米素核苷ZR與脫落酸ABA的拮抗作用），影響葉片衰老進程和籽粒淀粉積累動態。然而，氮肥如何通過協調“源”（葉片光合）與“庫”（籽粒淀粉合成）功能以促進玉米增產的生理機制尚不明確。
材料與方法
試驗于2022-2024年在吉林省農業科學院試驗田（43°29′55″N, 124°48′43″E）進行，設置5個氮肥水平（0、90、135、180、225 kg ha–1）。測定指標包括葉片光合參數（Pn、Gs、Ci、Tr）、葉綠素含量、抗氧化酶（SOD、POD）活性、葉片與籽粒內源激素（ABA、ZR、IAA、GA）、籽粒淀粉積累動態及關鍵酶（AGPase、SSS）活性。
結果分析
- 1.
產量形成與氮肥響應
N180處理通過協同增加穗粒數（較N0、N90、N135分別提升15.6%、10.6%、6.1%）和百粒重（較N0、N90、N135、N225提升37.9%、15.9%、11.2%、4.4%），實現三年平均增產55.7%。過量施氮（N225）雖維持較高穗粒數，但因百粒重下降導致增產受限。
- 2.
葉片光合與衰老調控
N180處理顯著提升花后葉片的SOD（增幅18.3%）和POD（增幅37.4%）活性，優化ZR/ABA平衡，延緩葉綠素降解。至花后48天，其凈光合速率（Pn）仍顯著高于其他處理，而N225處理在灌漿后期出現Ci升高和Pn下降的隱性衰老特征。
- 3.
籽粒淀粉積累與酶活性
優勢粒與劣勢粒的AGPase和SSS活性均在花后36天達峰，N180處理下二者活性較N0提升41.3-56.4%。劣勢粒的酶活性峰值滯后且低于優勢粒，但其對氮肥的響應幅度更大（淀粉積累量提升58.7%）。N180處理通過延長淀粉活躍積累期（延長4.1-12.7%）并提高最大積累速率（提升10.9-57.5%），實現籽粒淀粉高效合成。
- 4.
激素動態與籽粒發育
花后早期，N180處理顯著提高優勢粒與劣勢粒的IAA（增幅7.8-23.9%）和GA含量，促進胚乳細胞擴增；灌漿中期維持較低ABA水平，減少對淀粉合成的抑制。劣勢粒的IAA含量持續低于優勢粒，而灌漿后期ABA和GA水平偏高，導致其灌漿充實度較低（較優勢粒低18.6%）。
討論與結論
適宜氮肥（180 kg ha–1）通過“雙途徑”優化源庫關系：在源端增強抗氧化防御與光合功能，在庫端協調激素動態并激活淀粉合成酶系統，最終促進劣勢粒灌漿、縮小粒重差異。未來研究可聚焦氮素調控激素信號轉導與關鍵酶基因表達的分子機制。
