小麦是全球最重要的粮食作物之一，其产量提升直接关系到国家粮食安全。在作物生理研究中，“源”（source）指叶片通过光合作用制造有机物的能力，“库”（sink）则指籽粒等器官对光合同化物的需求与储存能力。源与库之间的动态平衡，直接影响小麦的光合效率和最终产量。近年来，现代小麦品种逐渐由“库限制型”转向“源限制型”，即籽粒潜力尚未被完全发挥，而叶片光合能力成为产量提升的关键瓶颈。因此，如何通过调控源库关系进一步挖掘小麦产量潜力，成为当前研究的热点。

近日，河南省农业科学院农业信息技术研究所在《Frontiers in Plant Science》（中科院二区，IF=4.8）上发表题为《Optimizing Source-Sink Relationships and Photoprotective Mechanisms in Wheat to Enhance Photosynthetic Efficiency and Nitrogen Management》的研究论文，系统揭示了不同源库类型小麦在不同氮水平下的光合生理机制。

本研究选取三个具有典型源库特征的小麦品种：YM1（库限制型）、YM25和ZM27（源限制型），设置高氮与低氮两个处理，系统测定其旗叶光合色素含量、最大净光合速率、光能利用效率、非光化学淬灭、环式电子流、抗氧化酶活性等关键指标。

研究发现，源限制型小麦具有更高的光合能力，YM25和ZM27在叶绿素含量、最大净光合速率和光能利用效率方面均显著高于YM1，尤其在低氮条件下仍能维持较高的光合性能。同时，源限制型小麦通过降低非光化学淬灭、提高环式电子流比例，更有效地耗散过剩光能，减轻光抑制，保护光合机构。此外，源限制型小麦的旗叶具有更高的类胡萝卜素含量、可溶性蛋白含量以及抗氧化酶活性，能有效清除活性氧，延缓叶片衰老。

研究还发现，增施氮肥可明显提高所有品种的光合能力，缓解光抑制。尤其在低氮条件下，源限制型小麦通过增强光保护机制，表现出更强的环境适应性。该研究不仅从生理机制上阐明了源库关系对小麦光合作用的调控途径，还为高产栽培和品种选育提供了重要理论依据，表明源限制型品种更适应高光效育种方向，优化源库比例结合合理氮肥管理可显著提升小麦产量潜力。这项研究为我们理解小麦高产背后的生理机制提供了新视角，也为未来智慧农业中的品种选育与栽培管理提供了科学支撑。

该论文由河南省农业科学院农业信息技术研究所张思琦为第一作者，南京农业大学田中伟副教授为通讯作者。研究得到河南省科技攻关项目（252102111082）资助。

原文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1660834

图1不同源库关系小麦旗叶中非光化学猝灭（NPQ）（A）、与光保护机制相关的非光化学猝灭量子产率（ΦNPQ）

图2不同源库关系小麦旗叶PSI量子产率（Y（I））（A）、受体侧限制引起的非光化学猝灭（Y（NA））（B）、供体侧限制造成的非光化学淬灭（Y（ND））（C）的量子产率差异

图3不同源库关系小麦旗叶电子传输速率ETR（I）（A）、ETR（II）（B）和环式电子传递（CEF）（C）的差异。