虎眼万年青三种块茎类型的光合生理及同化物分配机制研究：C4作物的产量与品质调控新视角

本研究针对高经济价值油料作物虎眼万年青(Cyperus esculentus L.)不同块茎类型的光效差异问题，通过两年田间试验结合13C标记技术，系统比较了圆块茎、大块茎和长块茎三种类型的光合特性及同化物分配规律。研究发现圆块茎型具有最高光合速率(CAP)和产量，大块茎型单薯重量突出，长块茎型虽光效最低但含油量高，揭示了C4作物"源-库"调控的形态适应策略，为品种选育提供了生理学依据。

　　

在全球食用油需求激增和可持续农业发展的背景下，虎眼万年青(Cyperus esculentus L. var. sativus Boeck)作为兼具经济与生态价值的C4作物备受关注。这种被称为"老虎坚果"的植物不仅能生产优质食用油，还具有耐高温、耐盐碱等突出优势，在应对气候变化中展现出独特潜力。然而，现有栽培品种存在明显的形态分化——根据块茎形状可分为圆块茎、大块茎和长块茎三大类型，这些类型在产量和品质上差异显著，但背后的生理机制尚不明确。尤其令人困惑的是，长块茎型虽然光合效率较低，却往往具有更高的含油量，这种"低投入高回报"现象违背常规作物生理学认知。

河南省农业科学院的研究团队在《Field Crops Research》发表的研究，首次系统揭示了三种块茎类型的光合生理差异及其同化物分配策略。研究人员采用多尺度研究方法：通过两年田间试验监测8个品种在四个关键生育期（苗期、块茎形成期、膨大期和成熟期）的冠层表观光合速率(CAP)和单叶净光合速率(P_n)，结合气体交换参数（气孔导度G_s、蒸腾速率T_r等）测定；筛选各类型高产单株进行¹³C脉冲标记，追踪光合产物在不同器官的动态分配；同步记录分蘖数、株高、千薯重等12项农艺性状，构建生理特性与表型特征的关联网络。

光合特性差异
冠层光合测定显示，圆块茎型在苗期CAP达峰值(42.3 μmol m^-2 s^-1)，显著高于其他类型(P<0.05)，其单叶P_n保持优势至成熟期。大块茎型气孔调节能力突出，G_s比长块茎型高38%，水分利用效率(WUE)提升21%。长块茎型虽CAP最低，但叶绿素a/b比值异常高(3.2±0.4)，暗示其光系统II(PSII)可能具有特殊适应机制。

同化物分配规律
¹³C标记揭示：短期(24h)内三类块茎的标记碳分配模式相似，块茎形成期转运速率最快(圆块茎型达1.72 mg C g^-1 h^-1)；长期(30d)分配则呈现显著分化——圆块茎型向块茎分配比例最高(67.3%)，大块茎型优先增大单个块茎体积，而长块茎型将更多碳源(41%)导向油脂合成途径，这与其高含油量(23.7%)特征相符。

农艺性状关联
表型分析表明，圆块茎型产量(鲜重12.4 t/ha)比长块茎型高52%，主要得益于更高分蘖数(18.6±2.1株/丛)和光合持续期；大块茎型千薯重(368 g)是长块茎型的2.3倍；长块茎型虽生物量最低，但油脂产量单位面积无显著差异，显示其"精准投资"策略。

该研究首次阐明C4作物虎眼万年青的形态分化与光合生理的协同进化机制：圆块茎型代表"高光效-高产"策略，大块茎型采用"大库容"策略，长块茎型则演化出"低碳高油"的特殊适应模式。这些发现不仅为品种定向选育提供理论依据——如培育高光效圆块茎型提高产量，或优化长块茎型油脂合成通路；更启示C4作物在应对气候变化中的独特价值：其固有的CO₂浓缩机制(CCM)与多样化的碳分配策略，可能成为未来智能作物设计的蓝本。研究建立的"光合-分配-表型"三维评价体系，也为其他块茎类作物研究提供了方法论参考。