植物根系一方面固着植株保证地上部直立生长,另一方面是水分养分吸收的主要器官。根系构型是植物长期进化及发育的结果,保证了植物在多变自然环境中的生长与繁衍。遭遇逆境胁迫时根系在形态、生理和分子水平做出适应性改变。氮素是植物所需的大量元素,在土壤中移动性强且随着时间空间的推移,分布差异大,因此是作物高产优质的主要限制因子。目前,我国氮肥利用效率显著低于世界平均水平。作物对氮素吸收利用存在显著基因型差异,种植氮素养分高效并高产的作物新品种,充分发挥作物本身吸收利用氮素的生物学潜力,从而在较低的氮肥投入水平获得较高产量,并减少氮素在土壤中的残留和损失,是实现氮肥高效利用的重要途径之一。提高作物氮素高效吸收利用的遗传改良工作也日益受到育种学家的重视。（1）我们选取了代表性野生玉米、自交系、杂交品种进行低氮处理,在生理及分子层面进行比较,以期探究低氮高效的驯化渊源。通过研究发现,野生玉米更耐低氮,低氮胁迫下地上部生长不受影响,根系变长;而栽培品种地上部生长受到显著抑制,花青苷积累、新叶变黄、根系显著增长。进一步分析发现,野生玉米根冠比大是其适应贫瘠环境的重要原因;而栽培品种根冠比明显变小,对低氮较为敏感。比较氮高效自交系Ye478与氮敏感自交系Wu312,发现Ye478在低氮胁迫下可以将更多的碳水化合物分配至根系,根冠比显著高于Wu312。杂交种ZD958的根冠比可因肥制宜:氮素充足时,其根冠比小,优先于地上部生长,有助于植株碳水化合物合成;氮素缺乏时,其根冠比显著增加,增幅大于野生玉米及自交系,得益于更多的碳水化合物分配,根系大幅伸长。低氮胁迫下ZD958地上部及根系的氮浓度最低而生物量最高,表明其氮利用效率最高。ZD958及其它玉米株系氮转运蛋白NRT2.1、AAP3、T4、VAAT5及代谢相关基因NADH-GOGAT、Fd-GOGAT、ASN2、GDH2、GDU2、MetAP2B 在低氮胁迫下表达迥异,可能是造成不同品系玉米对低氮响应不同的重要原因,有待进一步研究。（2）对ZD958亲本Z58及Chang7-2的研究发现,ZD958主根及种子根的伸长能力来自于母本Z58,冠根伸长能力来自于父本Chang7-2,表明母本Z58对ZD958根系构型的形成很重要。通过筛选Z58突变体,发现可能的深根型突变体lsr。该突变体种子根数目少于Z58,根长显著增加,低氮胁迫下其地上部及根系的氮利用效率显著提高。为评价其育种潜力,以lsr为母本,以Chang7-2为父本得到杂交种Hyb1。田间条件下与ZD958相比,Hyb1株高下降;降低供氮水平显著降低各组织氮浓度,但对其地上部生物量的影响明显小于ZD958。重要的是Hyb1显著增产:氮素充足时,Hyb1第二穗产量显著高于ZD958;低氮没有降低Hyb1一穗产量,因此其单穗产量及百粒重显著高于ZD958。进一步分析其品质指标,低氮条件下Hyb1籽粒中游离氨基酸及可溶性蛋白含量显著高于ZD958。因此,lsr具有极高的育种潜力。（3）为进一步分析lsr的调控机制,我们比较分析其与母本Z58的根系转录组。与Z58相比,大量基因发生差异表达,主要富集在转运蛋白、激素、信号、次级代谢、发育等方面。生长素参与植物细胞伸长、分裂,尤其是根系的发育,生长素信号途径基因ZmIAA14可能参与调控lsr根系发育。ZmIAA14是禾本科植物的特有基因,具有Aux/IAA家族特异功能域,在根系及花丝中表达量较高。原位杂交结果表明,ZmIAA14在雌穗分生组织表达,且带有GFP标签的ZmIAA14定位于细胞核。借助玉米原生质体瞬时转染系统,以GUS为报告基因发现ZmIAA14具有极强的转录抑制活性。ZmIAA14表达受低氮调控:低氮抑制ZmIAA14在苗期根系的表达,而诱导其在苗期地上部和生长后期雌穗中的表达,尤其在产量形成的关键时期（吐丝期至吐丝后两周）大幅上调表达。雌穗中ZmARFs表达也受低氮调控。通过酵母双杂及BiFC试验发现ZmIAA14与ZmARF3、ZmARF4、ZmARF27 及 ZmARF29 互作。ZmARF3、ZmARF4、ZmARF27 和 ZmARF29具有不同的激活活性,可能具有与与拟南芥同源基因类似的调控花序分生组织形成、根及花器官发育和籽粒形成的功能。在拟南芥和玉米中过表达ZmIAA14,转基因株系侧根发育受抑制,玉米株高下降,籽粒减少。因此,ZmIAA14-ARF途径同时调控玉米根系和雌穗发育。综上所述,氮素通过干物质分配、根系形态重塑、以及复杂的分子通路调控玉米生长与发育。野生玉米耐低氮胁迫,玉米根冠比随作物驯化变小。杂交种ZD958在低氮条件大幅提高根冠比,是低氮高效的杂交种。突变体lsr具有突出的育种潜力,由其所育的杂交种Hyb1 比 ZD958更耐低氮。ZmIAA14可能调控lsr根系发育,其表达受供氮水平调控、并与ZmARFs构成ZmIAA14-ARF通路调控玉米根系与雌穗发育。