首页分享优化农艺措施增强花后碳氮代谢提高超级杂交稻产量和氮素利用效率

优化农艺措施增强花后碳氮代谢提高超级杂交稻产量和氮素利用效率

来源：花匠小妙招时间：2025-10-11 02:29

文章导读

水稻是全球最重要的粮食作物之一，全球有一半以上的人以稻米为主食。在不断增长的人口和有限的耕地面积之间，提高水稻产量成为确保粮食安全的关键。幸运的是，超级杂交稻的培育和栽培模式的优化为实现高产高效的水稻生产提供了新的契机。

过去的研究已经取得了超级杂交稻高产的突破，但对不同栽培模式下产量差异形成的生理机制尚不清楚。因此，为了揭示优化栽培模式对超级杂交稻产量及生理特性的影响，本研究进行了为期 5 年的定位试验。通过这些研究，旨在更好地理解水稻高产与肥水高效利用的机理，为实现超级杂交稻的高产高效生产提供理论支持。

本文将重点探讨超级杂交稻产量的提升与栽培模式的优化之间的关系。通过对碳氮代谢相关酶和关键酶的研究，阐释碳氮代谢平衡对水稻产量的重要性。同时，通过比较不同栽培模式下超级杂交稻品种 Y 两优 900 的产量和生理特性差异，本研究将探讨优化栽培模式对产量和生理特性的影响，为打造高产高效的水稻生产提供理论依据。

研究过程与结果

作者基于 5 年定位试验得到不同栽培模式下的产量数据 (图 1)，研究了不同栽培模式下超级杂交稻产量及碳氮代谢相关酶及物质的关系。

图 1. 2017 年—2021 年不同栽培模式下的水稻产量表现。

研究结果表明，四种栽培模式 OPT2 (优化栽培模式 2)、OPT1 (优化栽培模式 1)、FP (农民习惯模式) 和 CK (不施肥) 五年的平均产量分别为 11.20、9.73、8.60 和 6.73 t ha-1，优化栽培模式下水稻产量分别较 FP 模式提高 30.2% 和 13.2%。此外，优化栽培模式下的氮肥农学利用效率 (AEN) 分别较 FP 模式提高了 78.1% 和 61.9% (图 2)，而优化栽培模式下的齐穗期剑叶净光合速率 (PN) 较 FP 模式分别提高 53.4% 和 29.5% (图 3)。

图 2. 2017 年—2021 年不同栽培模式下的水稻氮肥农学利用效率。

图 3. 不同栽培模式下的水稻剑叶净光合速率。

优化栽培模式可显著提高水稻碳氮代谢酶活性 (图 4、5)。与 FP 模式相比，OPT2 模式下氮代谢酶 NR、GS 和 GOGAT 酶活性分别提高了 86.8%、41.7% 和 196.5%，OPT1 模式下 NR、GS 和 GOGAT 酶活性分别提高了 44.3%、35.4% 和 64%。在齐穗期时，OPT2 处理下的 AGP 酶活性比 OPT1 和 FP 分别高出 43.1% 和 46.6%。SPS 酶活性的变化与 AGP 一致，在 OPT2 处理下 SPS 酶活性较 OPT1 和 FP 分别增加了 30.1% 和 94.5%。随着生育进程的推进，碳氮代谢酶活性均呈下降趋势，但优化栽培模式下剑叶中碳氮代谢酶活性均保持在较高水平。

图 4. 不同栽培模式下的水稻剑叶氮代谢酶活性变化特征。

图 5. 不同栽培模式下的水稻剑叶碳代谢酶活性。

此外，优化栽培模式下的叶片保护性酶系统 SOD-POD-MDA-CAT 等均显著高于 FP 模式 (图 6)，表明优化栽培模式可提高保护性酶系统的活力，减缓叶片衰老，从而保证在水稻叶片在生育后期仍有一定的光合能力，有利于提高干物质积累和转运，从而提高水稻产量。

图 6. 不同栽培模式下的水稻剑叶保护性酶系统活性。

研究总结

优化栽培模式能显著提高水稻产量和氮肥农学利用效率。较强的碳氮代谢能力是优化栽培模式获得较高产量的原因。优化栽培模式可以保持水稻后期碳氮代谢和光合作用的正常进行，促进对氮素的吸收和利用，从而提高产量和氮肥利用效率。优化栽培模式能显著提高水稻叶片中的系统保护性酶的活性，延缓叶片的衰老，有利于产量的形成。总的来说，与农民习惯相比，优化的综合管理措施，包括氮肥和水的管理，适当的密植通过提高叶片碳和氮代谢酶的活性来增强花后的干物质生产和转运能力，并延迟叶片衰老，从而大幅提高谷物产量和氮利用效率。

原文出自 Agronomy 期刊

Deng, J.; Ye, J.; Liu, K.; Harrison, M.T.; Zhong, X.; Wang, C.; Tian, X.; Huang, L.; Zhang, Y. Optimizing Agronomy Improves Super Hybrid Rice Yield and Nitrogen Use Efficiency through Enhanced Post-Heading Carbon and Nitrogen Metabolism. Agronomy 2023, 13, 13. DOI: 10.3390/agronomy13010013

主编：Peter Langridge, University of Adelaide, Australia

文章类型包括农学及农业生态学领域的研究型文章及综述，目前已被 Science Citation Index Expanded (SCIE) 和 Scopus 等多个数据库收录。

2022 Impact Factor: 3.7

2023 CiteScore: 6.2