气候变化引起全球水循环的扰动，深刻影响农业用水供应，从而影响全球粮食安全。水分胁迫包括干旱(即缺水)，导致土壤干燥和随后的植物干燥，以及洪水，导致土壤水分过剩和植物根系缺氧。陆生植物已经进化出多种机制来应对土壤水分胁迫，根系是第一道防线。根系对水分胁迫的响应包括结构和生理变化，而其可塑性是这些适应的重要特征。遗传方法已被广泛用于鉴定与水分胁迫响应根系性状相关的许多遗传位点。这一知识对于开发具有最佳根系系统的作物非常重要，从而在缺水条件下提高产量并保证粮食安全。本文综述了豆科植物根系结构和根系解剖特征在干旱和洪涝胁迫下的变化。特别关注了在了解水分胁迫下豆科植物根系发育的遗传基础方面的最新突破。综述了各种根表型技术及其在不同豆科植物中的应用实例。最后，讨论了这一动态领域面临的挑战和未来的研究途径，以及利用根系结构作为育种目标的潜力。本文综述了豆科植物根系对水分胁迫适应性遗传成分的最新研究进展，为利用根系性状作为作物新育种靶点提供了参考。

图1  豆科植物根系的典型结构和解剖特征(横切面)。豆科植物的根由主根、侧根和特化的根瘤组成。有些豆科植物的基根和不定根也很发达，在整个根系中占很大比例。根系构型(Root system architecture，RSA)是根生长角、根直径、主根长、总根长、总根表面积、总根体积、侧根数和根生物量的复合。大豆根成熟区的解剖特征显示在横截面上。

图2  根表型研究中使用的技术。二维(2-D)技术包括琼脂培养基，纸袋，半水培系统，根箱，微型土壤和铲组学。三维(3-D)技术包括x射线计算机断层扫描(CT)、中子放射照相、磁共振成像(MRI)和根系特征三维数字成像(DIRT/3D)。

图3  利用根系结构(RSA)作为豆科植物抗水分胁迫育种的潜在目标的概念框架。红色和蓝色箭头分别表示水分胁迫对根系发育的消极和积极影响。根系表型和遗传方法可以通过育种者的共同努力来选择和培育适应水分胁迫的最佳根系结构。