基于环境类型的澳大利亚高粱作物设计优化：资源利用效率性状缓解产量-风险权衡

《in silico Plants》：Optimising the specific adaptation of sorghum in variable water-limited environments in Australia

　　

摘要

作物生产力表现源于基因型（G）、管理措施（M）和环境（E）之间复杂的相互作用。这些G×M×E互作使得作物改良以及识别既能最大化产量又能最小化生产风险的策略变得复杂。传统作物改良主要关注广泛适应性，寻求在目标环境群体（TPE）中表现良好的作物设计方案。然而，这种方法可能受到显著的产量与风险权衡的制约。本研究量化了广泛适应性和水分限制环境类型（ET）特异性适应性的机会，以支持作物设计优化。资源捕获因子（种植密度、叶片数、叶片面积、有效分蘖数）分别与光合和气孔导度相关的资源利用效率性状单独评估及组合评估。针对澳大利亚高粱TPE和ET特异性情景确定了最优性状组合。结果表明，ET提供了一种有效的框架来解析G×M×E互作，并识别出能显著降低产量-风险权衡的ET特异性作物设计方案。仅优化资源捕获因子在TPE内的主要ET中产生适度的增产效果（约5%），但在利基ET中增产效果更大（约15-20%）。相比之下，纳入资源利用效率性状预计可在所有ET中产生一致的约15%的平均产量提升和风险条件下的约12%改善。各个资源利用效率性状的贡献在不同ET之间存在差异，增强的光合能力在低水分胁迫ET中贡献最大，而降低气孔导度在高水分胁迫ET中最有益。这些发现突出了改善澳大利亚高粱生产的机会，并展示了将作物设计优化与环境表征相结合以指导水分受限环境下作物改良的价值。

图形摘要

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