近日，经作所经济作物栽培团队联合连云港市农科院、江苏省农垦农业发展股份有限公司现代农业研究院和安徽省农业科学院在国际期刊《Industrial Crops & Products》（一区Top，IF = 5.6）在线发表了题为“Cropping patterns and plant population density alter nitrogen partitioning among photosynthetic components, leaf photosynthetic capacity and photosynthetic nitrogen use efficiency in field-grown soybean”的研究论文。该研究从大豆叶片光合组分氮分配的角度解析了玉米大豆带状种植（SI）模式下大豆产量形成的机制，构建了高效种植群。
大豆是我国进口量最大的作物，大豆玉米带状复合种植（SI）可以充分利用光、温和土地资源，实现大豆增收。自从2022年中央一号文件提出“在黄淮海、西北、西南地区推广玉米大豆带状复合种植”以来，该模式推广面积逐年增加，但是在该模式中，大豆采光受到玉米的遮挡导致产量降低，且大豆边行和中间行间的光照强度不同造成大豆成熟度差异，不利于机械化收获。适度密植是提高产量的有效策略，间作与作物群体密度（PPD）的耦合进一步加剧了产量形成的复杂性。光合性能是作物产量形成的基础，氮在羧化（C3植物中的RuBisco）、生物能（电子传递蛋白）和光捕获系统（光系统II、光系I和叶绿体色素）间的分配与光合性能和产量密切相关。了解SI系统下不同PPD所涉及的光合作用机制，对于丰富间套作理论理和提高作物产量具有重要意义。
本研究经过3年的田间试验，首先比较了大豆单作（Mono）与SI的光合氮分配策略，在此基础上，进一步研究了SI系统中不同大豆PPD对中间行和边行植株叶片光合氮分配、光合作用氮利用效率（PNUE）的影响，并分析了氮分配与PNUE的关系。研究表明，与单作相比，SI系统累积更多的氮，且优先将氮分配给光捕获系统，相应减少了羧化、电子传递系统和整个光合系统的氮分配，最终导致光合性能和PNUE降低。SI系统中较高的PPD进一步降低了羧化、电子传递和总光合系统的氮分配比例和PNUE。中间行植株叶片氮被更有效地分配到光合系统，特别是羧化和电子传递系统，保证了比边行更高的光合性能、PNUE和产量。此外，中间行叶片的细胞壁氮和总光合系统氮之间存在明显的权衡关系，而在边行中则存在二次曲线关系。总之，SI系统中，大豆叶片通过调节光合组分间的氮分配优化了光合性能和PNUE，在大豆PPD为9.5×104株hm-2时，大豆叶片表现出相对高效的光合氮分配，产量最高。这一研究结果为优化叶片氮分配、确定最佳PPD以及实现大豆高产提供了理论依据。
经作所副研究员张国伟和博士后李志康为论文的共同第一作者，刘瑞显研究员为论文的通讯作者，经作所束红梅、杨长琴、高真真，连云港所祝庆、安徽省农科院杜祥备、江苏省农垦农业发展股份有限公司现代农业研究院叶凌凤和王飞等参与研究工作。该研究得到了江苏省重点研发计划、国家重点研发计划及江苏省林业科技创新与推广计划的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.120680
