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JIA优先上线 | 南京农业大学姜东教授团队揭示渍水锻炼诱导小麦耐渍性获得的根系调控机制

2026-05-01 07:21:44

近期，南京农业大学小麦生理生态与生产管理姜东教授团队完成的题为“Root pre-adaptation: adventitious root plasticity from mild priming enhances hypoxia survival in wheat”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）优先在线发表。

该研究通过对小麦进行渍水锻炼，明确锻炼后的恢复期是植株根系进行生理重编程的关键窗口，在此窗口期内，其不定根系统进行发育重构，通过根系导水率与根径向泌氧的协同优化，构建再次渍水胁迫下能量高效型的根系系统，最终增强小麦耐渍性。这一机制将植物的应对策略从被动应急反应转变为主动调控的韧性，为基于逆境锻炼的作物耐性获得提供了理论基础。

轻度渍水锻炼通过促进恢复期

较长不定根的形成增强耐渍性

研究发现，渍水锻炼后的恢复期并非单纯的被动损伤修复阶段，而是根系形态重塑的活跃窗口期。轻度锻炼显著促进了不定根的发生，使植株在再次遭遇渍水胁迫时，其根系构型发生明显转变：与未锻炼植株相比，经过锻炼的植株具有更多的较长不定根、更少的短不定根。这一变化标志着根系从渍水胁迫下快速发生的应急响应模式，向以较长不定根为主导的持久型、功能性根系构型的转变。溯源发现，这一根系优势在恢复期就已初步形成，进一步证实恢复期是锻炼诱导根系重构、赋予植株耐渍能力的关键窗口期（图1）。

图1 轻度渍水锻炼对植株不定根发生的影响

恢复期较长不定根的形成

是驱动根系导水率与根径向泌氧

协同优化的核心性状

恢复期渍水锻炼诱导形成的长不定根，其形态学优势直接转化为根系生理功能优势。研究表明，经过锻炼的植株在遭遇后续渍水胁迫时，不定根的根系导水率与根径向泌氧均显著增强。这一功能增益带来双重效应：一方面有效缓解了渍水导致的根际缺氧胁迫，另一方面使植株在胁迫解除后的恢复期仍能维持较高的根系导水能力和良好的根际通气状况。结构方程模型的定量分析进一步证实，恢复期长不定根的形成是介导上述功能增益的核心枢纽，其对根系导水率和根径向泌氧均产生显著的正向调控作用（图2）。

图2 渍水锻炼对植株不定根发生的影响

渍水锻炼诱导的不定根可塑性

增强小麦渍水胁迫耐性模型

基于上述发现，本研究提出渍水锻炼根系预适应模型：轻度锻炼利用恢复窗口期，预先构建能量高效型的根系系统。该模型完整揭示了锻炼诱导抗逆性的全时序调控进程——植株经轻度锻炼预处理后，在恢复窗口期内，不定根的发育程序发生重编程，定向形成具备持续优势的长根构型；当后续渍水胁迫来临时，这套能量高效型的根系系统可实现根系水分吸收与氧气运输的协同优化调控。本研究揭示的核心机制，不仅深化了根系介导的植物表型可塑性理论研究，也为基于胁迫锻炼的小麦抗逆栽培提供了可直接应用的技术路径，更为培育适应气候变化的抗逆小麦新品种奠定了理论基础（图3）。

图3 渍水锻炼根系预适应模型机制示意图

南京农业大学小麦生理生态与生产管理团队王笑教授为该文章的通讯作者，已毕业硕士研究生何雨桔和在读博士研究生王意为该文章第一作者。

本研究得到了国家重点研发计划项（2024YFD2301305）、国家自然科学基金（32272213）、山东省重点研发项目（2024TZXD070）、中国农业科研体系（CARS-03）以及中国江苏省现代作物生产协同创新中心（JCIC-MCP）的资助。

点击链接查看全文：

Root pre-adaptation: adventitious root plasticity from mild priming enhances hypoxia survival in wheat - ScienceDirect

Cite the article:

Yujie He, Yi Wang, Mei Huang, Ziru Zhang, Qing Li, Qin Zhou, Yingxin Zhong, Jian Cai, Stefania Masci, Xiao Wang, Dong Jiang . 2026. Root pre-adaptation: adventitious root plasticity from mild priming enhances hypoxia survival in wheat. Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2026.01.029

研究团队简介

南京农业大学小麦生理生态与生产管理课题组以长江中下游麦区小麦高产、优质高效生产为目标，以技术创新、产品创制及推广服务为主要途径，致力于小麦非生物逆境抗性机理与抗逆丰产技术及产品开发、小麦产量品质互作网络与产质协同技术、作物高通量时空表型组学等研究。团队依托农业农村部作物生理生态与生产管理重点实验室，建设有农业农村部小麦区域技术创新中心，拥有设施一流的科研基地和配备精良、功能齐全的实验室。

在团队首席科学家姜东教授的带领下，目前现有固定研究人员11名，其中教授5名，研究员1名，副教授1名，钟山青年研究员2名，实验师1名，科研助理1名，研究生70余名。团队教师获“CJ学者”讲座教授、“青A”、中组部“WR计划”领军人才、“科技部中青年科技创新领军人才”，江苏省“333工程”高层次人才、教育部新世纪优秀人才资助计划、江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师、江苏省卓越博士后及及江苏省科技副总等人才项目资助。近年来，团队承担国家863计划、国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点项目、农业农村部公益性行业科技专项以及部省科研课题等30余项。累计发表论文360余篇，授权国家发明等专利150余项；出版专著和教材2部，发布《小麦微课》、《图说小麦》等多个视频和专著。团队成员以主要完成人先后获国家科技进步二等奖2项、省部科技进步一等奖2项、省科技进步二等奖2项、农业农村部全国农牧渔业丰收奖一等奖1项、江苏省农业技术推广一等奖2项，2项入选农业农村部粮油生产主推技术，制定地方标准多项。

| 图文由作者团队提供

Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》, JIA）由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.4，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中科院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。

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