小麦是全球重要的主粮作物，氮素从营养器官向籽粒的再分配效率是决定灌浆期产量与品质的关键生理指标，直接关系到小麦生产的资源利用效率和农业可持续发展。灌浆期氮素的时空转运规律及其与叶片衰老的协同机制，一直是作物生理与分子生物学交叉领域的研究热点。当前，在部分轻简栽培模式和现有品种背景下，氮素转运效率偏低、适配品种缺乏，且传统研究对分子调控网络的解析尚不深入，制约了氮素利用效率的提升，成为小麦产业绿色高质量发展的技术瓶颈。

针对这一科学问题，西北农林科技大学王东教授团队聚焦“灌浆期氮素再分配的分子调控机制”，系统解析了氮素转运的时序规律，挖掘了TaATG8基因家族的核心调控功能，为协同实现节氮增效与高产优质提供了理论支撑与潜在靶点。

近期，西北农林科技大学王东教授团队完成的题为“Nitrogen redistribution during the grain-filling stage and its correlation with senescence and TaATG8 expression in leaves of winter wheat”的研究在Journal of Integrative Agriculture（JIA）2026年4期发表。

该研究以冬小麦主栽品种“西农511”为材料，设置氮亏缺（N0）与适量施氮（N240）两个处理水平，通过两年田间定位试验，系统测定了灌浆期旗叶衰老相关的生理生化指标，并结合基因表达分析与系统进化分析，深入解析了氮素再分配的分子生理机制。

主要发现如下：

明确氮素再分配的时序特征

旗叶氮素积累在开花后7–14天达到峰值（含氮量4.55%），随后启动向籽粒的转运过程。开花后21–35天，旗叶氮含量下降56%，籽粒氮含量上升51%，表明灌浆中后期是氮素高效转运的关键窗口期。

揭示施氮对衰老与氮转运的调控效应

与N₀相比，N₂₄₀处理使旗叶氮素再分配率提高20%，活性氧（ROS）积累降低21%，显著延缓了旗叶衰老进程，延长了光合功能期。SPAD值、光合速率、游离氨基酸和可溶性蛋白含量均在开花后7–14天达峰值，与氮素启动转运的时相一致。

阐明TaATG8基因家族的核心调控作用

氮亏缺条件下，自噬相关基因TaATG8家族表达量被诱导上调5–7倍，启动时间提前。其中，Ta2A_ATG8b和Ta2A_ATG8a在旗叶衰老进程中表达量最高，且与氮素转运效率、ROS积累呈显著相关。研究构建了“TaATG8–ROS信号–氮素转运”的调控通路模型，明确了适量施氮通过调控TaATG8s表达，平衡ROS清除与氮素动员的关系，从而延缓衰老、增强中后期氮素转运强度。

小麦旗叶和籽粒中氮素及相关代谢物含量的变化

小麦自噬相关基因（ATGs）的表达谱

小麦旗叶中TaATG8基因家族成员的qPCR结果

籽粒灌浆期各指标与小麦产量相互作用的机制模式图

西北农林科技大学农学院王东教授为该论文的通讯作者，博士研究生李国明（已毕业）为第一作者。本研究得到陕西省重点研发计划（2023-ZDLNY-01）、西安市科技计划（23NYGG0001）、山东省重点研发计划（2022LZGCQY002）及国家重点研发计划（2022YFD2300802）的资助。

Cite the article:

Guoming Li, Xiaotian Ren, Shengyan Pang, Changjie Feng, Yuxi Niu, Yanjie Qu, Changhong Liu, Xiang Lin, Dong Wang. 2026. Nitrogen redistribution during the grain-filling stage and its correlation with senescence and TaATG8 expression in leaves of winter wheat. Journal of Integrative Agriculture, 25(4): 1433-1442.

https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.024

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