《Frontiers in Plant Science》：Photosynthetic performance of spring maize leaves and the development and formation of superior and inferior grains
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本研究通过三年田间试验系统揭示了180 kg ha–1氮肥施用（N180）通过优化花后叶片抗氧化酶（SOD/POD）活性与激素平衡（ZR/ABA），延缓叶片衰老，使净光合速率提升1.8-76.6%；同时增强籽粒中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%），优化内源激素动态，延长淀粉活跃积累期，最终协同提高穗粒数和百粒重，实现增产5.8-55.7%。该研究为东北黑土区春玉米高产高效栽培提供了生理机制支撑。
引言
东北黑土区是中国春玉米主产区，产量占全国31.2%。花后叶片光合性能衰退和籽粒灌浆不均是限制玉米产量提升的关键因素。氮肥管理通过调节活性氧清除机制（如超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD）和内源激素平衡（玉米素核苷ZR与脱落酸ABA的拮抗作用），影响叶片衰老进程和籽粒淀粉积累动态。然而，氮肥如何通过协调“源”（叶片光合）与“库”（籽粒淀粉合成）功能以促进玉米增产的生理机制尚不明确。
材料与方法
试验于2022-2024年在吉林省农业科学院试验田（43°29′55″N, 124°48′43″E）进行，设置5个氮肥水平（0、90、135、180、225 kg ha–1）。测定指标包括叶片光合参数（Pn、Gs、Ci、Tr）、叶绿素含量、抗氧化酶（SOD、POD）活性、叶片与籽粒内源激素（ABA、ZR、IAA、GA）、籽粒淀粉积累动态及关键酶（AGPase、SSS）活性。
结果分析
- 1.
产量形成与氮肥响应
N180处理通过协同增加穗粒数（较N0、N90、N135分别提升15.6%、10.6%、6.1%）和百粒重（较N0、N90、N135、N225提升37.9%、15.9%、11.2%、4.4%），实现三年平均增产55.7%。过量施氮（N225）虽维持较高穗粒数，但因百粒重下降导致增产受限。
- 2.
叶片光合与衰老调控
N180处理显著提升花后叶片的SOD（增幅18.3%）和POD（增幅37.4%）活性，优化ZR/ABA平衡，延缓叶绿素降解。至花后48天，其净光合速率（Pn）仍显著高于其他处理，而N225处理在灌浆后期出现Ci升高和Pn下降的隐性衰老特征。
- 3.
籽粒淀粉积累与酶活性
优势粒与劣势粒的AGPase和SSS活性均在花后36天达峰，N180处理下二者活性较N0提升41.3-56.4%。劣势粒的酶活性峰值滞后且低于优势粒，但其对氮肥的响应幅度更大（淀粉积累量提升58.7%）。N180处理通过延长淀粉活跃积累期（延长4.1-12.7%）并提高最大积累速率（提升10.9-57.5%），实现籽粒淀粉高效合成。
- 4.
激素动态与籽粒发育
花后早期，N180处理显著提高优势粒与劣势粒的IAA（增幅7.8-23.9%）和GA含量，促进胚乳细胞扩增；灌浆中期维持较低ABA水平，减少对淀粉合成的抑制。劣势粒的IAA含量持续低于优势粒，而灌浆后期ABA和GA水平偏高，导致其灌浆充实度较低（较优势粒低18.6%）。
讨论与结论
适宜氮肥（180 kg ha–1）通过“双途径”优化源库关系：在源端增强抗氧化防御与光合功能，在库端协调激素动态并激活淀粉合成酶系统，最终促进劣势粒灌浆、缩小粒重差异。未来研究可聚焦氮素调控激素信号转导与关键酶基因表达的分子机制。
