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超高产冬小麦光合性能及物质生产特性的研究：机理与调控

一、引言

（一）研究背景与意义

粮食安全始终是全球关注的核心议题，随着人口的持续增长以及耕地面积的逐渐减少，提高作物单产成为保障粮食供应稳定的关键路径。冬小麦作为世界上广泛种植的主要粮食作物之一，在我国粮食生产体系中占据着举足轻重的地位，其产量的高低直接关乎到国家的粮食安全战略布局。我国冬小麦主产区主要集中在华北、华东等地区，这些区域水资源短缺的现状日益严峻，传统的小麦种植模式面临着水资源匮乏的巨大挑战，难以满足可持续发展的需求。因此，发展节水栽培技术，培育并研究超高产冬小麦品种（单产≥9000kg?hm?2），成为缓解水资源压力、提升小麦产量的必然选择，具有极为紧迫的现实意义。

从理论研究角度来看，光合性能是决定作物产量的关键生理基础，它反映了作物利用光能进行光合作用，将二氧化碳和水转化为有机物质的能力。物质生产特性则涉及作物在生长发育过程中干物质的积累、分配和转运等一系列生理过程，这些过程与光合性能密切相关，共同影响着作物最终的产量形成。深入探究超高产冬小麦的光合性能及物质生产特性，有助于揭示其高产的内在生理机制，为小麦高产育种和栽培技术的创新提供坚实的理论依据，从而突破当前小麦产量提升的瓶颈，推动小麦生产向更高水平迈进。从实践应用层面而言，明确超高产冬小麦在不同生长阶段对环境因素的需求以及光合产物的分配规律，能够指导农民精准地进行田间管理，合理调控种植密度、施肥量和灌溉量等关键栽培措施，实现资源的优化配置，在节约水资源和减少生产成本的同时，显著提高小麦的产量和品质，促进农业的可持续发展，对于保障国家粮食安全和农民增收具有不可估量的重要作用。

（二）国内外研究现状

在冬小麦光合性能研究领域，众多学者围绕光合速率这一核心指标展开了大量研究。研究结果表明，冬小麦的光合速率在不同生育时期呈现出动态变化特征，一般在拔节期至抽穗期达到较高水平，随后逐渐下降。叶面积指数（LAI）也是影响光合性能的重要因素，适度的LAI能够增加叶片对光能的捕获面积，提高光合效率。合理的群体结构能够优化叶片的空间分布，减少叶片之间的相互遮荫，从而提高群体光合效率。然而，现有研究在花后光合持续期方面仍存在不足。花后是小麦籽粒灌浆的关键时期，光合产物的充足供应对籽粒饱满度和产量起着决定性作用。但目前对于如何延长花后光合持续期，维持叶片较高的光合活性，尚未形成系统有效的调控策略，相关研究仍有待深入。

在物质生产方面，干物质积累和分配是影响冬小麦产量的关键环节。研究发现，冬小麦干物质积累量在整个生育期呈现出前期缓慢积累、中期快速增长、后期趋于稳定的变化趋势。干物质在不同器官间的分配比例对产量构成具有重要影响，例如在灌浆期，干物质向籽粒的分配比例越高，越有利于提高籽粒产量。然而，现有研究在群体光合效率协同机制方面存在欠缺。群体光合效率不仅取决于个体光合性能，还受到群体结构、环境因素等多种因素的综合影响，如何协调这些因素，实现群体光合效率的最大化，目前尚未完全明晰，需要进一步深入研究。

（三）研究目标与内容

本研究旨在系统且深入地解析超高产冬小麦全生育期光合性能的动态规律，全面揭示物质生产的关键特性及其与产量形成之间的耦合关系。具体研究内容涵盖以下几个方面：一是详细测定超高产冬小麦在不同生育时期的光合参数，包括光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度等，深入分析这些参数在全生育期的动态变化特征及其影响因素；二是精准测定不同生育时期的叶面积指数，研究其消长规律以及对群体光合性能的影响，明确叶面积指数与光合效率之间的定量关系；三是全面监测干物质在不同器官间的积累、分配和转运过程，分析干物质分配规律与产量构成因素之间的内在联系，揭示物质生产特性对产量形成的作用机制；四是综合分析光合性能与物质生产特性之间的相互关系，探究它们如何协同作用影响超高产冬小麦的产量形成，为构建高产高效的小麦栽培技术体系提供科学依据和技术支撑。

二、超高产冬小麦光合性能特征

（一）叶片光合性能的时空动态

1.不同生育期叶片光合速率变化

在超高产冬小麦的生长进程中，冬前叶片的光合速率呈现出典型的动态变化模式。当叶片完全展开时，其光合速率迅速攀升并达到峰值，此时叶片的生理活性处于最佳状态，叶绿体中的光合色素能够高效地捕获光能，光反应和暗反应过程协同顺畅，使得二氧化碳的固定和同化速率达到最高水平。随着叶片的逐渐衰老，其内部的光合机构逐渐受损，光合色素含量下降，酶活性降低，同时低温环境也对光合作用的各个环节产生抑制作用，导致光合速率随衰老和低温的双重影响而逐渐下降。

对于春生叶片而言，倒2叶和倒3叶的光合速率在孕穗期达到最高值。孕穗期是小麦生长发育的关键时期，植株对光合产物的需求旺盛，倒2叶和倒3叶此时承担着重要的光合生产任务，它