[科研前线│CIRAS-3] 大田密植夏玉米波动光机制研究

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近日，山东农业大学农学院智慧生态农作宁堂原教授、李耕副教授团队的学术论文“Maize (Zea maysL.) planted at higher density utilizes dynamic light more efficiently”在线发表在Plant Cell and Environment上（生物学1区 TOP  IF=7.3）。文章针对当前黄淮海夏玉米密植导致的单株光合能力降低的主要影响因素——光波动展开了生理及蛋白质组学的研究。并使用美国PP SYSTEMS公司生产的CIRAS-3便携式光合作用测量系统测定不同光强下玉米的气体交换参数，解析了密植夏玉米抗光波动及其相对较高光合积累效率的生理表现及可能的分子途径。

研究认为随着种植密度的增加，夏玉米叶片接收到的光合有效辐射下降，光波动性增强（图1），将大田玉米实际光合有效辐射采集后在CIRAS-3中进行编程上传，以光强为1600 mmolm^-2s^-1为高光强照射HL，以100 mmolm^-2s^-1为低光强照射LL，设置非均匀波动光（HL被各种持续时间（依次为1、2、5、10min）的LL中断，随后是10min的HL）、均匀波动光（HL持续4分钟，LL持续2分钟，然后7个循环的HL持续2分钟和LL持续2分钟（总共8个循环））两种模式，进行叶片气体交换参数的测定，结果发现玉米在非均匀及均匀波动光下的光合作用均有显著增强（图2、图3），且提高密植夏玉米叶片对两种波动光模式的适应性及光能利用效率（图4），尤其是在灌浆中后期尤为明显，表明密植夏玉米在不同光环境中具有一定的生理可塑性。本文还部分解释了密植条件下玉米叶片光合C3通路中存在“关键酶冗余”的可能性（图5、图6）。该结果为进一步优化黄淮海区域夏玉米栽培技术及耐密高光合玉米种质的创新提供理论依据。