增加种植密度对玉米籽粒不同部位碳代谢、淀粉积累和产量形成的影响

《BMC Plant Biology》：Effects of increased planting density on carbon metabolism, starch accumulation, and yield formation of maize grains at different ear positions

　　

摘要

背景

高种植密度可以提高单位面积的玉米产量，但同时也可能加剧灌浆期间对同化物的竞争。不同穗位上的籽粒之间这种效应是否存在差异，以及这些差异如何与糖的可用性、淀粉生物合成能力和淀粉积累相关，目前尚不明确。

结果

在中国黑龙江省进行了一项为期两年的田间试验。试验种植了三种玉米杂交种，分别采用三种种植密度：D1（82,500株/公顷）、D2（93,800株/公顷）和D3（105,000株/公顷）。根据籽粒在穗上的位置，将其分为顶端组和中基部组。我们测量了早期蔗糖和可溶性糖的含量、关键淀粉生物合成酶的活性、淀粉积累动态以及收获性状。结果表明，种植密度的增加通常会降低早期糖的可用性，减少基于酶活性的淀粉生物合成能力，并降低灌浆期间的淀粉积累潜力和速率。在不同密度和品种中，中基部籽粒的早期糖供应量始终较高，ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）、淀粉合成酶（SS）和淀粉分支酶（SBE）的活性也更高，淀粉积累能力更强。逻辑分析表明，高密度主要降低了淀粉积累的强度，而不是显著改变其时间模式。分段结构方程模型（SEM）进一步显示，早期糖供应、酶活性和淀粉积累动态与收获期的性状密切相关。

结论

这些结果表明，高密度种植通过协调降低早期糖的可用性和淀粉生物合成能力来抑制玉米籽粒的灌浆过程，其中顶端籽粒受到的影响比中基部籽粒更明显。不同品种的反应表明，对高密度的耐受性与穗上各部位籽粒灌浆生理功能的维持有关。本研究为理解高密度种植条件下穗位依赖性的淀粉积累变化提供了生理学框架。