中国科学院沈阳应用生态研究所在玉米侧根性状可塑性及权衡关系对耕作制度的响应方面取得进展

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-03-11 20:08

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植物根系，尤其是细根或侧根，是养分、水分吸收的主要部位。根系性状可塑性是理解根系觅养策略的关键研究内容。对作物而言，侧根性状可塑性及权衡关系对人为管理制度（如耕作）的响应研究仍然较为缺乏。研究表明，相比传统耕作（CT），保护性耕作，如免耕加秸秆覆盖（NTS），是土壤保育和粮食安全保障的解决方案之一。然而，有报道称长期免耕处理也会导致土壤结构分层，进而造成根系发育受阻。侧根对耕作制度的响应研究对于良好根系构建及产量维持与提高具有重要的理论指导意义。以往研究存在以下问题，（1）缺少对关键根系性状在整个生长季沿土壤剖面（深达1米）的观测，如侧根直径、比根长、生物量分配等；（2）缺少对性状可塑性及性状间权衡关系的精准量化。

为此，中国科学院沈阳应用生态研究所土壤健康维持机制与生物调控大团队地下生态过程组依托梨树保护性耕作研发平台，发现玉米侧根性状在不同生育期对土壤健康状况做出不同程度的响应。总得来说，比根长、直径和根长密度具有明显的可塑性，变幅达-22%~20%，且在不同生育期表现出截然不同的变化方向。随着作物生长，比根长与直径截然相反的可塑性变化以及侧根性状间的相关性变弱反映了玉米根系对土壤养分资源获取策略的转变。在拔节期，显著的生物量分配与比根长正相关关系表明在免耕全量秸秆覆盖处理下玉米更多依赖侧根生长获取土壤资源。相反，在开花期，免耕全量秸秆覆盖处理显著增加侧根直径并降低比根长，表明此时期玉米更多依赖丛枝菌根菌丝通道获取土壤资源。这种资源获取方式的互补效应是玉米全生育期养分高效利用和黑土健康维持的重要保证。

该研究成果以“Changes in the degree of lateral root trait plasticity and trade-offs of maize under long-term no tillage”为题在著名植物学刊物Frontiers in Plant Science (IF = 5.6)上发表。阴黎明副研究员与吕秋爽博士研究生为共同一作，解宏图研究员为共同作者，王朋研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院战略先导专项A类“黑土地保护与利用科技创新工程”和国家自然科学基金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1345189