農作物產量依賴于生物量和收獲指數，進一步提升作物產量在很大程度上依賴于生物量的提高，而光能利用效率（Radiation use efficiency，RUE）是提高作物生物量的瓶頸。闡明小麥光能利用效率和產量變化的內在機理與外在因素，對提高作物資源利用效率和產量有重要意義。陶福祿團隊長期致力于該領域研究，承擔國家自然科學基金-國際（地區）合作與交流項目“提升小麥光利用效率和產量潛力的生理遺傳基礎與理想株型設計研究”，取得了系列研究成果。相關研究在Plant, Cell & Environment、The Plant Journal、Agricultural Systems、Science of the Total Environment、Annals of Botany等國際主流期刊發表。主要進展如下： 

　　（1）解析與小麥產量潛力有關的物候、生理、株型等性狀的變異及其遺傳基礎研究。對166份小麥品系的光合生理、株型、農藝等性狀進行表型分析；并結合高密度SNP芯片進行全基因組關聯研究（GWAS），揭示控制產量的生理和遺傳基礎：高產品種具有較高的光合速率，棒狀或橢圓形穗型，較矮的株高和穗數；通過GWAS共鑒定47個性狀與產量相關的多效位點。RUE的遺傳增益為6.31×10^-3 g MJ m^-2 yr^-1。遺傳增益對產量的直接影響為0.14，而其他性狀的間接影響達到了0.53；光合速率對RUE的影響較小，表明通過增加光合速率從而提高光能利用效率仍具有較大潛力。該研究為小麥產量提升和分子育種提供了重要依據。 

　　（2）利用關聯標記與生態模型聚合小麥優異基因并設計理想株型研究。遺傳育種能夠將產量分解成單個遺傳因子，而作物模型能夠動態模擬作物生長發育；若把作物模型與分子標記相結合，使預測基因與環境相作成為可能。依托DSSAT模型將產量分解為7個品種參數，通過GWAS解析參數的遺傳結構，利用多元回歸與隨機森林等方法構建分子標記的生理生態模型。有效位點可解釋46~75%的品種參數變異，并在15條染色體上檢測到24個多態性基因位點?；诜肿訕擞浀纳砩鷳B模型，能夠較好地模擬小麥的開花期、成熟期以及產量；通過聚合優異等位基因能夠有效地提高品種遺傳參數值，部分位點仍有較大的應用空間。該研究對分子育種和解析氣候變化影響具有重要理論和實際意義。 

　　（3）基于不同氣候區內5個小麥長期田間試驗以及禹城長期增溫實驗平臺，分析不同基因型、環境（未來氣候情景）和管理措施對小麥性狀和產量潛力的交互作用。與施肥相比，不施肥的小麥產量顯著降低了80.3%。約3.5-40.9%、19.6-58.3%和0.1-8.2%的產量變化分別與農業管理實踐、氣候變化和品種更替有關，表明挖掘品種增益在中國主要站點仍具有較大的潛力。未來情景模擬中，土壤水分對小麥的影響大于土壤溫度，主要影響小麥的生物量、產量、株高、葉面積指數和籽粒數。得益于在蓄水保墑方面的優勢，免耕可在一定程度上緩解氣候變化帶來的不利影響。該研究對于提高氣候影響機制的理解、解析小麥基因與環境互作以及培育氣候適應性品種提供理論指導。 

　　（4）基于常規耕作和免耕條件下的紅外增溫控制實驗，探究氣候變暖對小麥光合作用、形態、生長發育、產量構成以及光能利用效率的影響。研究結果表明：較大的葉寬、葉面積以及持綠性狀能夠改善冠層結構，顯著地提在高灌漿期期間的光照截獲量，進而提高RUE。另一方面，增溫對小麥的影響與生長季溫度有關，生長季溫度與多年溫度一致時，增溫對主要形態和生理性狀有顯著的正效應；相反，生長季溫度過高時，增溫對常規耕作下小麥的葉寬、消光系數、凈光合速率、花后至成熟期的RUE均產生負效應。該研究為培育具有氣候適應性的作物品種以及為作物品種理想株型研究和育種提供了科學證據，以性狀為基礎的生理育種具有廣闊的應用前景。 

　　相關論文： 

　　1. Li Yibo, Tao Fulu*, Hao Yuanfeng, Tong Jingyang, Xiao Yonggui, He Zhonghu, Matthew Reynolds. 2023. Variations in phenological, physiological, plant architectural and yield-related traits, their associations with grain yield and genetic basis. Annals of Botany. doi: 10.1093/aob/mcad003 

　　2. Li Yibo, Tao Fulu*, Hao Yuanfeng, Tong Jingyang, Xiao Yonggui, Zhang He, He Zhonghu, Matthew Reynolds. 2022. Linking genetic markers with an eco-physiological model to pyramid favourable alleles and design wheat ideotypes. Plant, Cell & Environment, Accepted. https://doi.org/10.1111/pce.14518.  

　　3. Li Yibo, Tao Fulu*. 2022. Interactions of genotype, environment and management on wheat traits and grain yield variations in different climate zones across China. Agricultural Systems, 203, 103521. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2022.103521 

　　4. Li Yibo, Tao Fulu*, Hao Yuanfeng, Tong Jingyang, Xiao Yonggui, He Zhonghu, Matthew Reynolds. 2022. Wheat traits and the associated loci conferring radiation use efficiency. The Plant Journal, 112, 565-582. https://doi.org/10.1111/tpj.15954 

　　5. Li Yibo, Hou Ruixing, Liu Xiaodi, Chen Yi, Tao Fulu*. 2022. Changes in wheat traits under future climate change and their contributions to yield changes in conventional vs. conservational tillage systems. Science of The Total Environment, 815, 152947. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.152947 

　　6. Li Yibo, Hou Ruixing, Tao Fulu*. 2021. Wheat morpho‐physiological traits and radiation use efficiency under interactive effects of warming and tillage management. Plant, Cell & Environment, 44, 2386-2401. https://doi.org/10.1111/pce.13933 

　　7. 李義博, 陶福祿*. 2022. 提高小麥光能利用效率機理的研究進展. 中國農業氣象, 43,93-111. doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2022.02.002