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目前，茎倒伏限制小麦产量提升，其与低光下茎木质素代谢机制不明有关。研究人员以不同抗倒伏小麦品种为材料，模拟不同光环境，发现低光下调木质素合成相关基因表达和酶活性，降低茎抗倒伏性。为抗倒伏技术提供理论依据。
在农业生产的大舞台上，小麦（
Triticum aestivum L.）作为人类重要的主食之一，扮演着举足轻重的角色。随着全球人口数量的持续攀升，社会发展步伐的不断加快，可耕地面积却在逐年减少。为了满足人们对粮食日益增长的需求，提高小麦单位面积产量成为农业领域的关键任务。
如今，高产小麦的种植模式多依赖高种植密度，然而，这种方式却带来了一个棘手的问题 —— 茎倒伏现象频繁发生。想象一下，原本挺拔生长的小麦茎秆，在风雨等外力作用下，纷纷弯曲甚至折断，这不仅影响了小麦的产量稳定性，更限制了产量的进一步提升。在小麦的生长过程中，茎倒伏主要发生在茎基部的节间，而该节间的机械强度是决定植株抗倒伏能力的关键因素。当种植密度过大时，群体内部光照强度降低，中下层叶片光照条件变差，植株间资源竞争加剧，导致茎秆发育不良，机械强度显著下降。
木质素作为影响茎秆机械强度的重要物质，在这一过程中发挥着关键作用。早在多年前，就有研究表明小麦倒伏与茎中木质素缺乏有关，而且后续众多研究也证实了木质素含量与茎机械强度呈正相关。但是，木质素的生物合成是一个复杂的过程，受多种因素影响。其中，光照对木质素代谢的影响备受关注，尤其是低光胁迫下，木质素合成相关基因的表达和酶活性会受到抑制，导致茎中木质素含量下降。然而，低光究竟如何影响小麦木质素代谢，进而降低茎强度，具体的作用阶段和水平尚不明确，这也限制了人们找到增强茎机械强度的有效途径。因此，为了解开这些谜团，西北农林科技大学节水农业研究院的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Field Crops Research》上。
在这项研究中，研究人员主要采用了以下关键技术方法：选择不同抗倒伏能力的小麦品种作为实验材料，通过稀植和密植处理模拟不同的光环境；测定净光合速率、根活力等生理指标；对茎基部节间进行组织染色观察木质素积累情况；运用相关性分析和通径分析探究光环境与木质素合成之间的关系 。
研究结果如下：
- 低光对光合及物质分配的影响：与稀植相比，密植显著降低了小麦第三、四、五叶的净光合速率，分别下降了 7.55 - 33.25%、0.09 - 50.48% 和 5.64 - 46.49%。同时，各器官光合碳同化物的分配减少，根活力显著下降 9.53 - 22.78%，各器官对氮的吸收也减少。这表明低光环境严重影响了小麦的光合作用和物质代谢过程。
- 低光对木质素积累的影响：通过组织染色观察发现，密植条件下，三个小麦品种茎中木质素积累显著下降，降幅为 5.92 - 35.87%。这说明低光限制了木质素在小麦茎中的合成和积累。
- 低光对茎抗倒伏性的影响：密植使得小麦茎的断裂强度和抗倒伏指数分别下降了 4.59 - 26.85% 和 21.40 - 35.59%。由此可见，低光环境下小麦茎的抗倒伏能力明显减弱。
- 低光影响木质素代谢的机制：相关性分析和通径分析显示，光环境通过直接和间接（根系）途径影响木质素生物合成相关酶的活性和基因表达水平，进而影响木质素积累，最终导致小麦茎抗倒伏性减弱。在低光条件下，中下层叶片净光合速率降低，根活力减弱，茎中木质素合成相关基因表达水平显著下调，使得木质素合成相关酶的活性显著降低，限制了茎基部节间木质素的合成和积累，导致茎机械强度下降，倒伏风险显著增加。
综合上述研究结果，该研究明确了低光环境下小麦茎木质素合成与积累受限的机制。这一研究成果不仅为深入理解高产小麦栽培条件下茎强度减弱的机制和强度发展受限因素提供了重要理论依据，而且为制定高产栽培条件下的抗倒伏技术措施奠定了基础，有助于解决小麦生产中茎倒伏这一关键问题，对提高小麦产量和保障粮食安全具有重要意义。
