利用2007年建立的小麦-玉米轮作长期试验地,研究了优化供氮对小麦旗叶-穗期氮素再利用的影响。2018-2020年期间,小麦设置了5种氮水平,分别为0、112、160、208和300 kg/ha(以下分别称为N0、N112、N160、N208和N300)。N160为最佳配比,N300为农民习惯施肥,N112和N208分别比最佳配比低30%或高30%。2019年,在返青期、拔节期、开花期和成熟期对小麦植株进行了采样;成熟时植株分为穗、叶、茎和籽粒。同时,分别在开花后（DAF,Days after Flowering）1、10、15、24、30d和15、24、30d分别取旗叶和穗样品供进一步分析。小麦产量随着施氮量的增加而显著增加,至N160后不再对施氮量有产量响应;优化氮肥管理氮素农学利用效率最高（31.9kg/kg）。旗叶干物质、氮浓度和氮含量从开花（DAF1）到DAF15期间呈上升趋势,DAF15之后开始下降。旗叶氮素输出（向穗粒或籽粒）在DAF15-DAF24期间最为显著（旗叶氮素含量降低了51%-69%）,至成熟期（DAF30）旗叶氮含量降低了69%-84%。N0处理旗叶的氮素输出明显提前（DAF15-DAF24）,其它N处理则持续到成熟期。穗中的氮含量在DAF15-DAF24期间增加了5.5-12.5mg/穗（占籽粒灌浆期间氮素总量增量的50%-83%）,在DAF24-DAF30期间增加1.6-12.1mg/穗。上述结果表明,N从旗叶输出和进入穗是同步的。对DAF15时期取样的旗叶进行了代谢组学和转录组分析。转录组学共有8075个差异基因,经过mapman筛选后得到29个与氮水平显著相关的差异基因。代谢组学分析共筛选出894种差异代谢产物,主要富集于氨基酸代谢、脂类代谢、淀粉和蔗糖代谢、GSH代谢和类黄酮代谢等代谢途径。施氮后,旗叶中的大多数糖和醇、酚酸、黄酮和黄酮醇以及脂类都减少,而氨基酸则普遍增加。然而,在N300处理的旗叶中,少数氨基酸（如谷氨酰胺、赖氨酸、精氨酸）的浓度与却N0处理的相同,显著低于N160处理。随着施氮量的增加,旗叶GSH含量增加,至用量达到N300后GSH含量下降;而氧化型谷胱甘肽含量却随着氮肥用量提高而增加。GSG-GSSH代谢产物的变化与基因表达变化相一致。利用前一个试验取的样品,同步研究了氮素优化管理对小麦锌吸收和分配的影响。施氮显著提高了植株各生育期锌的含量和积累,以N300处理最高。对不同时期旗叶锌含量分析显示,在开花至成熟期间下降了50%。不同施氮量旗叶锌含量的下降特点有所不同,N300和N208二个处理在DAF15时期就已开始,明显早于N112和N160处理,后二个处理大致在DAF24时才开始;增施氮肥显著提高了植株和小麦籽粒对锌的吸收和积累,但施氮量对开花前后籽粒锌积累比例及开花后锌从其它器官转运至籽粒中的份额没有影响。结果表明,优化的氮素管理提高了小麦籽粒的氮素利用效率,同时提高并保持了适宜的籽粒锌浓度,满足了小麦营养健康需要。