① 课题来源与背景 本项目来源于国家自然科学基金项目"密植群体玉米气生根的衰老机理及其分子调控技术研究"。 ② 研究目的与意义 增加群体密度仍然是我国玉米提高单产的关键措施。当前高密度种植背景下，玉米植株早衰和倒伏问题亟需解决，而气生根对玉米籽粒产量形成和倒伏有重大影响。项目主要研究了玉米密植群体气生根衰老生理生化基础及其转录组、代谢组差异，最终为耐密玉米品种的选育和抗倒防衰栽培提供理论依据。项目以我国主推玉米品种郑单958为材料，在22500株/公顷、60000株/公顷、90000株/公顷密度下，重点研究气生根衰老机理及其对密度胁迫的响应。具体研究内容如下：玉米气生根的生长特性及其衰老进程；玉米气生根衰老的酶学机制和激素代谢过程；自由生长与密度胁迫条件下，玉米气生根的代谢组学和转录组学差异。项目融合了传统农学田间试验与室内生理生化分析以及现代转录组学、代谢组学和和生物信息学，可从分子水平上加深对密植栽培的认识。 ③ 主要论点与论据； 1500株/亩自由生长条件下，玉米气生根气生根层数可达3层，根条数60.7。气生根对密度反应极为敏感，呈极显著负相关关系。不同层次气生根自下而上长度和须根条数增加。开花期，气生根N、P、K、Fe、Mn含量高于次生根，可见其对玉米花后矿质离子转运的重要性。而全生育气生根Cu、Mn含量低于次生根，这可能与独特根系类型有关。开花期，气生根Zn含量高于次生根,而成熟期低于次生根。由上可见，与次生根相比，气生根在玉米花后矿质营养吸收、转运方面有其独特方式，有待于进一步研究。植物激素在玉米生长发育过程中发挥重要作用。在玉米气生根初始延伸的大喇叭口期，玉米气生根IAA含量高于次生根，而ABA含量低于次生根，说明此时气生根处于旺盛发育时期。随着密度增加，IAA含量逐步降低，ABA含量逐步升高，气生根生长受到抑制；玉米气生根SOD活性高于次生根，活性氧清除能力加强。而气生根ABA含量高于次生根，这可能与其暴露在空气中，所处环境复杂多变有关。当密度由1500株/亩增加到6000株/亩时，玉米气生根有多个基因发生变化。下调表达基因主要与膜转运有关，上调表达基因主要与生物合成和抗逆性应激有关；同时玉米气生根代谢组发生明显变化，近3000个阴阳离子表达量显著变化。差异代谢物生物学功能主要与代谢途径、次生代谢物合成、氨基酸生物合成等有关。玉米气生根对化控剂反应极为敏感，化控后玉米植株气生根层数和总条数均显著提高，分别增加76.5%和134.5%。气生根数量性状的改善可以增强玉米根系与土壤的附着力，降低玉米发生根系倒伏的风险。 ④ 创见与创新； 本项目以气生根为研究对象，融合了传统农学田间试验与生理生化室内分析，以及现代转录组学、代谢组学和生物信息学，从宏观到微观逐步解析玉米气生根衰老的生理、生化及可能分子调控机制。 本项目从微观研究入手，直接揭示密度对玉米气生根衰老的分子调控机制，所获得的数据是玉米密植分子栽培学的重要补充，因此在理论上具有创新性。 ⑤ 社会经济效益，存在的问题； 本项目拟在作物栽培学和植物生理学基础上，结合现代分子生物学方面的理论和方法，对玉米气生根的衰老机理进行研究，以期明确高密度背景下气生根的生长发育的新特点、新变化，加深对玉米密植栽培的分子机制的认识，从而为玉米抗逆育种和栽培提供理论依据，从而有利于玉米产业可持续健康发展。本项目需要继续深入研究，找出几个控制玉米气生根生长发育的重要调控基因和代谢通路。

黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所

该项目为储备库项目资源，暂无效益分析内容。