根系在改善植物在高脅迫環(huán)境中的功能和提供土壤有機碳儲量等生態(tài)系統(tǒng)方面的作用受到顯著關(guān)注。增強根系表型育種的一個重要步驟是了解根系性狀如何因產(chǎn)量和其他地上性狀的選擇而發(fā)生歷史性變化。然而，在為數(shù)不多的專注于根系的研究中，關(guān)于育種如何改變根系長度和生物量等性狀存在相互矛盾，而其他性狀如根系深度分布、根系大小等級分布和組織質(zhì)量等研究上仍未被探索。

本研究的目的是評估與資源獲取和土壤固碳相關(guān)的根系性狀的育種驅(qū)動的變化。我們在1.5米深的中型生態(tài)模型中種植了12種來自Corteva/Pioneer ERA面板的玉米雜交種，涵蓋了1936年至2014年的時間段。在八葉期，使用定制的根系表型分析平臺對完整的根系進行成像和分析，并對根系和地上部進行碳氮分析和漫反射FTIR以評估組織組成的變化。

我們發(fā)現(xiàn)，最新的雜交品種比最老的雜交品種少了40 %的根系生物量和36 %的根長，下降了0.024 g year- 1( s.e. : 0.005 , p < 0.01)和0.86 m year- 1( s.e. : 0.23 , p < 0.01)，最大生根深度沒有變化，平均為113 cm ( ± 5.62 )，化學(xué)成分沒有定向變化。我們還發(fā)現(xiàn)根冠比從0.58 g g- 1下降到0.46 g g- 1( s.e. : 0.0006 , p < 0.05)。我們的結(jié)果表明，在80多年的玉米育種中，產(chǎn)量的選擇間接地降低了根系的大小。現(xiàn)代雜交種較小的根系可能有助于現(xiàn)代玉米雜交種的更高最優(yōu)植株密度和更高的產(chǎn)量。

圖1 根據(jù)發(fā)布年份的物理地上性狀值散點圖

對于存在顯著年份效應(yīng)的性狀，圖中顯示了由混合效應(yīng)模型得出的黑色回歸線及相應(yīng)的邊際R²（R²m）值

圖2 不同釋放年限地上部組織化學(xué)性質(zhì)值的散點圖

有顯著釋放年份效應(yīng)的性狀有由混合效應(yīng)模型導(dǎo)出的黑色回歸線和相應(yīng)的邊際R² ( R²m )值

圖3 物理根系性狀值按年份釋放的散點圖

有顯著釋放年份效應(yīng)的性狀有由混合效應(yīng)模型導(dǎo)出的黑色回歸線和相應(yīng)的邊際R² ( R²m )值

圖4 逐年釋放的各徑級根長所占比例的散點圖

有顯著釋放年份效應(yīng)的性狀有由混合效應(yīng)模型導(dǎo)出的黑色回歸線和相應(yīng)的邊際R² ( R²m )值

圖5 根長和根質(zhì)量隨年份分布的散點圖

dmax是指所有根長或根質(zhì)量被發(fā)現(xiàn)的深度，而d50是指50 %的根長或根質(zhì)量被發(fā)現(xiàn)的深度。有顯著釋放年份效應(yīng)的性狀有由混合效應(yīng)模型導(dǎo)出的黑色回歸線和相應(yīng)的邊際R²值

圖6 各化學(xué)根系性狀按釋放年份的散點圖

有顯著釋放年份效應(yīng)的性狀有由混合效應(yīng)模型導(dǎo)出的黑色回歸線和相應(yīng)的邊際R²值

圖7 從Corteva / Pioneer時代組的12個玉米雜交種的淺層( 0 ~ 60cm)和深層( 60 ~ 120cm)根中采集從1800到800 cm - 1的FTIR光譜特征的PCA圖

圖8 從Corteva / Pioneer時代組的12個玉米雜交種的淺層( 0 ~ 60cm)和深層( 60 ~ 120cm)根中收集了從1800到800 cm - 1的FTIR光譜特征的PCs 1和PCs 2的載荷圖

圖9 對全株地上部和根系性狀進行PCA雙標(biāo)圖加載