深根可以增加马铃薯对水和氮的吸收，从而减少投入并保持产量稳定。本文研究了马铃薯根系特征、水分胁迫抗性与深层土壤氮素吸收的关系，探讨了品种间差异和氮肥水平。本研究于2018年和2020年，在根表型平台设施RadiMax（半田间条件）上种植13个马铃薯品种，通过微型根管向下至1.8米土壤深度监测根系生长。6月中旬开始干旱处理，在块茎形成期间，通过1.3-1.4m土壤深度应用15N同位素跟踪深层土壤氮吸收。利用植物中的¹³C同位素跟踪鉴定水分胁迫恢复力。

结果显示，RadiMax根系表型平台与基于人工智能的软件(RootPainter)相结合，可以有效地捕捉和量化马铃薯深层根系生长。计算出的总根长（Total Root Length，TRL）和深根长（Deep Root Length, DRL）显示出马铃薯品种间的变异性，以及深层吸收氮的能力。不同品种间的根长、产量和氮素吸收量差异显著(p<0.05)。8月份观察到更深的根(根深达1.30米)。生育期较长的品种表现出分布更广、根深更深的根，并从深层土壤吸收更多的氮。所有品种的深根和15N吸收之间都有很高的相关性(R=0.8)。以上研究表明，培育深根马铃薯以实现稳定产量的潜力。

本研究结果强调了在相同成熟度组内所研究的品种之间在深层氮吸收方面的显著遗传多样性。在气候变化和粮食需求增加的大背景下，以上研究为马铃薯育种改进提供了新的思路。为了促进马铃薯生产的可持续集约化。作者认为解析土壤水分胁迫下马铃薯吸水机制应是未来研究方向。

图1. 2018年(a)和2020年(b)水氮处理对鲜薯产量的影响。2020年呈现的是高氮(210N)和正常氮(140N)处理下水分胁迫(浅和深)的综合效应。

图2. 土壤剖面(0.4 ~ 1.4m)的根系分布，基于成像每3.5 cm图像间隔的平均根长。点代表在相应土壤深度区间内根长的平均值和标准误差线。水平绿线表示两个年份的示踪剂注入深度，蓝色阴影框表示由于毛细管上升而向上的水分运动。

图3. 计算每个马铃薯品种的总根长和深根长。a、b总根长(TRL)为每个单独试管中的根长总和，在2018年(a)和2020年(b)用标准误差按马铃薯品种分组。c、d深根长(DRL)为根长与土壤深度以下标准误差的总和，土壤深度基于2018年(c)和2020年(d)所有管的平均aD50(累积50%根长的土壤深度)值定义。

图4. 同位素标记样品的氮吸收a)和回收率b)。a)2020年收获时标记样品块茎的平均总氮吸收值和标准误差（n2020=96）。b)2020年收获标记样品块茎中示踪剂和标准误差15N回收率平均值（n2020=96）。氮处理是指在7月（块茎膨大期）施用高剂量氮（210kg ha-1）。

图5. 块茎13C识别的基因型差异。a)2018年灌溉和非灌溉样本（n2018=56）。b)2020年深、浅根样本（n2020=96）。

表1. 2018年非灌溉和灌溉样品的δ13C平均值以及2020年干湿样品的δ13C平均值，括号中给出的数值表示标准误差