基于生物量与数字成像的玉米杂交种早期干旱响应监测及预育种筛选研究

本研究通过自动化表型平台对14个玉米预育种杂交种进行温室栽培分析，利用生物量测定与数字成像技术监测干旱胁迫下植株生长动态。研究人员采用60%和30%土壤含水量处理，发现生物量与生物体积(kilopixels)呈强相关(r=0.70)，并依据干旱响应将杂交种分为Tolerant I、Tolerant II和Sensitive三类。研究证实PG6杂交种在干旱条件下表现出优异的生长特性，为玉米抗旱育种提供了重要候选材料。该成果为早期筛选抗旱基因型建立了可靠的表型分析方法体系。

　　

随着气候变化导致干旱频率增加，玉米作为全球重要粮食作物面临严峻产量威胁。干旱胁迫会引发植株生长迟缓、光合作用受阻等一系列生理紊乱，最终导致生物量下降。传统育种方法在抗旱品种筛选上存在周期长、效率低等问题，而现代高通量表型技术为早期基因型评价提供了新思路。匈牙利科学院生物研究中心(HUN-REN Biological Research Centre)的研究团队在《Cereal Research Communications》发表论文，通过创新性表型平台系统评估了14个玉米预育种杂交种的干旱响应机制。

研究采用Plexiglass柱栽培系统，通过自动灌溉控制60%(对照)和30%(干旱)土壤含水量。关键技术包括：(1)RGB相机获取地上部生物体积(kilopixels)；(2)每周四次根系多角度成像；(3)PEA便携式荧光仪测定F_v/F_m等光合参数；(4)生物量与水分利用效率(WUE)相关性分析。所有材料由Kiskun Kutatók?zpont Kft.育种公司提供。

植物生物量分析揭示抗旱性差异

通过比较手动测量生物量与图像估算生物体积，发现两者在两种水分条件下均呈现强相关性(r=0.70-0.74)。干旱使所有基因型生物量下降，但程度各异：敏感型杂交种(PG4、PG9、PG12)在正常条件下产量最高但干旱响应最显著；Tolerant II组(PG5、PG6)在两种条件下均表现稳定。图像动态记录显示，生长3周后基因型差异开始显现。

株高与生物量的密切关联

测定显示正常条件下株高为110-140cm，干旱使敏感组平均降低36.2cm。株高与生物量呈显著正相关(r=0.60)，证实形态参数可作为抗旱性评价指标。值得注意的是，Tolerant I组的PG3株高降幅最小(10.2cm)，而高产杂交种PG4降幅达39.1cm。

光合参数的应用局限性

测定F_v/F_m、PI_abs等10项荧光参数发现，正常条件下生物量与F_v/F_m(r=0.59)和F_v/F₀(r=0.67)呈正相关，但干旱条件下相关性消失。Tolerant II组TR₀/RC参数与生物量呈负相关(r=-0.96)，而敏感组呈正相关，表明光合参数对基因型筛选的指示作用有限。

根系表型的动态监测

干旱使根系表面积平均减少37.5%，其中敏感组降幅最大(40.6%)。正常条件下根系与地上部生物量相关性显著(r=0.55)，但干旱时减弱(r=0.27)。Tolerant II组在干旱下保持较大根系，PG6的根系表面积达12.3 kilopixels，显著高于敏感组(10.0 kilopixels)。

水分利用效率的基因型差异

干旱使耗水量从3131ml降至622ml，但WUE从59.3g/L升至129g/L。Tolerant II组在干旱下保持较高吸水率(736ml)，其根系大小与WUE呈正相关(r=0.51)，揭示根系发育对水分利用的关键作用。

研究通过多参数表型分析建立了玉米抗旱性评价新体系，证实PG6杂交种在生物量稳定性、根系发育和WUE方面表现突出。该工作创新性地整合了形态与生理参数，为早期育种筛选提供了可靠方案。特别值得注意的是，敏感基因型虽然高产但抗旱性差，而Tolerant I组虽抗旱但产量潜力有限，反映出育种目标需要权衡。研究结果对抗旱玉米品种选育具有重要指导价值，建立的方法体系也可应用于其他作物。未来研究可将温室表型数据与田间产量进行关联分析，进一步验证筛选指标的可靠性。