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利用玉米根系表型和生长可塑性提高农业生态系统耐涝性

发布时间：

2025-04-28

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玉米是东喜马拉雅地区主要作物，在气候变化下面临包括涝渍（Waterlogging，WL）在内的重大环境挑战。本研究通过微观和大田试验，旨在评价苗期和开花期WL条件下地方玉米品种的表型可塑性及其适应机制。

根据响应系数和耐涝系数，作者发现14个地方品种在苗期表现为耐涝，WL条件下共有19个基因型表现出耐性。且RCM-12-19、RCM-32-19和RCM-16-19在两个时期均表现为耐涝。在幼苗期，根长比（RLR）在WL胁迫下增加到98.4 %，而根质量比（RMR）根冠比、在对照和WL处理下分别为0.09 ~ 0.47和0.10 ~ 0.55、 0.10 ~ 0.88和0.11 ~ 1.23，。主成分分析（PCA）和回归模型证实了根系关键性状BA1、分支和冠根数对逆境恢复的重要作用。主成分分析（PCA）结果表明，RCM-34-19、RCM-10-19、RCM-23-19、RCM-42-19和RCM-31-19苗期根系组织密度（RTD）和根系粗度（RF）与第二主成分密切相关。；开花期RCM-39-19、RCM-52-19、RCM-34-19、RCM-32-19、RCM-2-19、RCM-43-19、RCM-5-19、RCM-45-19、RCM-47-19和RCM-50-19在性状BA1支撑根角度（BA1）（PC2）上表现出较强的相关性。

研究结果表明，侧根和冠根比表现出基因型依赖的结构可塑性。通过增加支撑根角度（BA1）、侧根分支数（BB）和侧根数（BO）促进了植物对磷的吸收；WL胁迫下，冠根的减数（CN）和分支（CB）等性状有利于氮素的有效获取，从而提高WL胁迫下表层土壤养分吸收量。RCM-12-19、RCM-32-19、RCM-16-19和RCM-23-19在开花期WL胁迫后表现出快速的根系生长和分支，表明它们具有培育耐涝渍玉米的潜力。此发现与“Steep, cheap, deep”的理想根系构型一致，即减少冠根数量、更深的根系构型可提高养分吸收和产量。RCM-11-19除目测评分较高外，还发现其在WL条件下具有最高的干生物量（76.7 g/株）和籽粒产量（12.2 g/株）。

结合表型工具和耐涝指标能够有效鉴定适应性基因型。本研究表明，不同玉米地方品种在抵抗涝渍胁迫方面的巨大潜力，并强调了根系结构性状在培育抗逆性玉米的重要性。进一步研究将整合基因分型和分子技术用于加强育种策略。

图1. 对照条件下玉米成熟期根系参数之间的相关系数

图2. WL条件下玉米成熟期根系参数之间的相关系数

图3. 对照条件下玉米成熟期根系性状和基因型的主成分1和主成分2得分

图4. WL条件下成熟期玉米根系性状和基因型的主成分1和主成分2得分

表1.35份玉米地方品种苗期在对照（非胁迫）和渍水（胁迫）条件下的根系参数和叶绿素含量

表2.对照和WL条件下对35个基因型的主根性状、干生物量（DB）和籽粒产量（GY）进行视觉评分（0 ~ 9级）

表3.对照和WL条件下玉米幼苗不同根系性状的主成分分析

表4.开花期对照和WL条件下玉米不同根系性状的主成分分析

来源

Devi, E. Lamalakshmi, Rangappa, Krishnappa, Devi, Ayam Gangarani et al. Harnessing root phenotyping and root growth plasticity of landraces of maize （Zea mays L.） for enhancing waterlogging tolerance in fragile and challenging agro-ecologies of Eastern Himalaya. Heliyon . [2025-02-03] https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2025.e42340.

编辑

JAYz

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