根是玉米耐旱的关键

玉米可以在截然不同的当地条件下成功生长。一项由波恩大学牵头的国际研究现已证实了植物根系的重要作用。研究人员分析了研究中的 9,000 多个品种，并发现它们的根系差异很大——取决于每个品种种植地点的干燥程度。他们还确定了一个在植物适应能力中发挥作用的重要基因。该基因可能是开发更能应对气候变化的玉米品种的关键。该研究结果最近发表在著名期刊《自然遗传学》上。

这是一种茎干分枝繁茂的灌木植物，手指长的穗从细长的叶腋上长出，每个穗由十几颗坚硬如石的种子组成。

您必须非常仔细地观察才能识别出与世界上最重要的栽培植物之一的亲缘关系。然而，专家们一致认为，大刍草属是所有现代玉米品种的祖先形式。墨西哥西南部的农民在 9000 多年前开始选择产量最高、味道最好的大刍草植物的后代。现代玉米作物以这种方式种植了好几代，现在玉米已遍布各大洲。“我们知道植物的外观在此期间发生了显著变化，例如，玉米穗变得更大、更多产，”德国波恩大学作物科学与资源保护研究所 (INRES) 的 Frank Hochholdinger 教授解释说。“然而，到目前为止，人们对根系在驯化期间及之后如何发育的了解相对较少。”

纸质雪茄的根源

如今，这一情况因这项新研究而发生了改变。在过去八年中，参与研究的小组研究了全球约 9,000 个玉米品种和 170 个大刍草品种。研究人员收集种子并将它们放在特制的牛皮纸上，然后卷成雪茄形状，直立存放在窄口玻璃烧杯中。霍赫霍丁格说：“发芽后约 14 天，我们展开纸张，这样我们就可以观察根系的早期发育，而不受任何粘附在根系上的土壤的干扰。”研究人员还与罗伯特·科勒博士(于利希研究中心)领导的研究小组合作，研究了土壤中的根系生长。他们使用了一种在医学领域更为常见的方法——磁共振成像。

研究结果表明，在将大刍草驯化为栽培玉米的过程中，其根系结构发生了根本性变化。“在玉米品种中，我们经常在发芽后不久发现种子根，有些品种的种子根多达十个或更多，”Peng Yu 博士解释说，他是 INRES 的 Emmy Noether 研究小组的负责人，最近接受了慕尼黑工业大学的教授职位。“但大刍草的情况并非如此。”在最佳条件下，种子根为幼苗提供了初始优势：它们使幼苗能够非常迅速地从土壤中吸收大量养分。“然而，我们注意到另一种根系——侧根——因此受到影响，”Yu 说。

侧根对于水分的吸收尤其重要，因为它们可以大大扩大根部表面积。这可能是不同品种的种子根数量差异很大的原因：适应干旱条件的玉米品种长出的种子根明显较少，而侧根较多。过去，农民在培育这些品种时，不知不觉地选择了能够发育出这种根结构的植物。

已鉴定出 160 个候选基因

研究人员还研究了哪些遗传物质负责种子根的生长，并确定了 160 多个候选基因。“然后我们更详细地研究了其中一个名为 ZmHb77 的基因，”Hochholdinger 说。“我们注意到，带有这种基因的植物长出了更多的种子，同时侧根更少。”

研究人员故意关闭了一些植物的这种基因，并能够改变根部结构，使它们能够更好地耐受干旱期。“因此，这种基因对于培育耐旱品种非常重要，”研究人员解释说。“鉴于气候变化，如果我们想避免未来越来越多的农作物歉收，这些品种将变得越来越重要。”

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