玉米与高粱冠层光合作用种内变异机制及其对作物生产力的影响

为解决如何通过优化光合作用提升C4作物产量这一关键问题，研究人员对5个玉米和高粱品种的冠层光合特性展开研究，通过测定A–Ci和A?PAR曲线及叶绿素荧光等参数，发现现代玉米品种在冠层中上部表现出均匀高效的CO2同化能力，而高粱品种则存在显著层间差异。该研究为作物冠层光合效率调控提供了重要理论依据。

　　

这项研究深入解析了玉米和高粱冠层光合作用的种内变异规律。通过测定三种冠层层次（顶部、中部、底部）的叶片气体交换和叶绿素荧光参数，结合A–C_i（CO₂响应）和A?PAR（光响应）曲线分析，揭示了现代玉米品种在冠层光合均匀性上的突出优势。数据显示，玉米中上部叶片保持着惊人的光合效率，这得益于其优化的气孔导度、较高的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)羧化速率，以及合理的叶氮分配策略。特别值得注意的是，玉米中下层叶片的最大量子效率(φ)显著提升，展现出卓越的光能利用能力。相比之下，虽然高粱品种DKB560和Brandelisa表现出全冠层较优的CO₂吸收能力，但整体仍存在明显的层间异质性。这些发现不仅阐明了C₄作物冠层光合调控的生理机制，更为培育高光效作物品种提供了关键靶点——通过协调氮素再分配和优化Rubisco羧化效率(V_cmax)，有望实现作物群体光合效率的整体提升。