目前,倒伏仍是持续提升小麦产量的关键限制因素,因为在高产栽培的群体中,低光照胁迫会降低茎秆的机械强度。茎秆机械性能由节间木质素决定,其受群体光环境影响。能否通过群体分布改善光照条件抑制茎秆倒伏,迄今了解甚少。为此,本试验以小麦品种“西农979”为试验材料,设置低密度均质分布处理(LD)、高密度均质分布处理(HD)和高密度异质分布处理(HD-h),研究群体分布对小麦茎秆抗倒伏性能的调控效应与作用机制。结果显示,相比于LD处理,HD处理下,冠层中下层透光率、植株中下部叶净光合速率、茎秆木质素积累量、茎秆抗折断力均显著降低,倒伏指数显著上升,而发生倒伏,2020–2021年倒伏率为67.5%,2021–2022年为59.3%。HD-h处理下,冠层中下层透光率等指标则较HD处理明显提高,而倒伏指数降低,且无倒伏现象。在茎秆形成的关键时期,与LD相比,HD条件下茎秆中PAL(苯丙氨酸转氨酶)、4CL(4-香豆酸:辅酶A连接酶)、COMT(咖啡酸3氧甲基转移酶)、CAD(肉桂醇脱氢酶)在木质素合成途径中的活性显著降低,TaPAL, Ta4CL, TaCOMT, 和TaCAD的相对表达量显著下调。然而,与HD相比,HD-h下木质素合成相关酶的活性及其基因表达量显著提高。进一步通过PLS路径分析显示,群体冠层光环境、植株中下部叶光合性能、木质素合成与积累、茎秆抗倒伏性能之间均为显著的正效应。结果表明,在传统高密度种植模式下,小麦倒伏风险增高。在此基础上,通过群体异质性分布调优冠层光环境,提高植株中下部叶光合性能,促进茎秆木质素积累,进而增强小麦抗倒伏性能。这些发现解释了小麦高产栽培条件下茎秆机械强度降低的机理,为小麦抗倒伏技术途径提供思路与理论依据。