近日，农学院王振林教授团队在《Field Crops Research》在线发表了题为“Nitrogen regulates stem lodging resistance by breaking the balance of photosynthetic carbon allocation in wheat”的研究论文。

在一定范围内增加氮肥投入可以提高小麦的生物量和产量。然而，过量的氮肥投入会破坏光合碳分配的平衡，导致茎秆中碳同化物含量和比例发生变化，这使茎秆质量变差，倒伏风险增加，最终导致产量降低。

叶片进行光合作用合成淀粉，多余的淀粉被降解并输出，这增加了叶片的可溶性糖含量，其中的蔗糖被向外转运。茎秆利用叶片转运的蔗糖进行生物合成。氮肥增加了叶片可溶性糖含量，即增强了叶片生产同化物的能力。

图1. 施氮量对茎秆基部第二节间碳水化合物含量、基因表达的影响

研究表明，每增加120kg hm-2的氮肥，叶片果糖、葡萄糖和蔗糖含量分别增加0.54mg g-1、3.80mg g-1和4.89mg g-1。虽然茎秆内可溶性糖含量减少，但淀粉降解酶基因TaBYM1表达量提高，导致淀粉被降解，茎秆用于碳水化合物合成的底物（葡萄糖）增加。然而，由于茎秆中木质素和纤维素合成的关键基因的表达减少，茎秆从同化物中合成纤维素和木质素的能力降低，导致茎秆的质量变差。最终，引发了倒伏，产量下降。

图2. 高氮抑制小麦茎秆碳水化合物合成的假设机制

该研究解析了氮肥水平对小麦光合碳同化物分配、产量和抗倒伏性的调控效应，为探究协同实现小麦高产和抗倒伏性的栽培调控途径提供理论依据。

该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山产业领军人才计划和国家重点研发计划的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.fcr.2023.108908