​The Crop Journal | 淹水胁迫降低夏玉米光合速率和碳分配能力导致穗分化不良

在全球气候变暖的背景下，极端天气事件增多，中国玉米主产区降水分布不均，洪涝灾害频发，给玉米生产造成巨大损失。淹水后夏玉米产量的降低主要归因于穗粒数和千粒重的下降。穗粒数和粒重的大小与雌、雄穗发育及受精结实等密切相关。然而，关于淹水影响夏玉米穗分化特性的生理机制有待深入研究。

近日，张吉旺教授领衔的山东农业大学玉米栽培生理生态研究团队在The Crop Journal在线发表了题为“Poor development of spike differentiation triggered by lower photosynthesis and carbon partitioning reduces summer maize yield after waterlogging”的研究论文，通过设置不同生育时期淹水及正常水分管理，研究淹水胁迫对夏玉米雌雄穗发育特性、光合特性以及光合碳同化分配特性的影响，探讨淹水导致玉米减产的生理机制。

研究发现，不同生育时期淹水均延迟夏玉米植株的生育进程，进而影响夏玉米穗分化的发育，其中三叶期淹水对其影响最严重（图1和图 2）。三叶期淹水显著降低夏玉米叶片光合碳同化能力，导致植株干物质积累量降低（图3）。另外，三叶期淹水显著提高穗位叶的蔗糖分解酶活性和可溶性糖含量，提高穗位叶对蔗糖的利用能力，减少叶片的碳输出。淹水胁迫对雌穗蔗糖分解酶活性和可溶性糖含量的影响显著大于其对雄穗的影响（图4）。相应地，碳同化物向雌穗（–53.1%）的分配显著降低，向雄穗（43.9%）的分配比例增加。该研究表明，淹水胁迫显著降低夏玉米光合碳同化能力并阻碍碳同化物向雌穗的转运，导致雌、雄穗发育不良，总小花数（–15.2%）、受精小花数（–20.6%）显著降低。此外，淹水胁迫后夏玉米雌穗对同化物的竞争能力较雄穗弱，导致雌雄间隔增加，进一步影响雌穗的受精结实和产量（图5）。

图1 淹水胁迫对夏玉米雄穗发育的影响

图2 淹水胁迫对夏玉米雌穗发育的影响

图3 淹水胁迫对夏玉米光合速率和干物质积累的影响

图4 淹水胁迫对夏玉米蔗糖分解酶活性的影响

图5 淹水胁迫导致夏玉米减产的生理机制