【目的】探索玉米根系应答干湿交替水分环境进而调控整体植物水分状况的机制,阐明不同玉米品种根系适应性间的差异规律,建立根系特征与培育环境之间的对应关系,为生物学节水和玉米品种资源区划提供理论指导。【方法】以选育于我国不同生境下的玉米杂交种农大108、沈单16号、陕单8806、掖单13和郑单958为试验材料,采用聚乙二醇(PEG-8000)模拟干旱胁迫处理方法,结合电子显微技术、形态观察、生理学指标测定和红外CO2分析技术研究。【结果】(1)从干旱胁迫及旱后复水下根毛的完整性、长度及密度差异进行比较,发现干旱胁迫下根毛的适应能力大小顺序为:陕单8806>郑单958>沈单16号>农大108>掖单13;旱后复水下根毛的再生能力大小顺序为:陕单8806>郑单958>农大108>沈单16号>掖单13。(2)旱后复水下陕单8806和郑单958根系中可溶性糖所占植株中可溶性糖百分比升高,而其它3个品种可溶性糖对干旱-复水水分环境的响应机制不尽相同。从SOD活性方面,农大108和沈单16号为一组,即复水后SOD活性显著降低,甚至低于对照;陕单8806、郑单958和掖单13为一组,复水后SOD活性和O2-含量均介于对照和胁迫之间,两两达到显著水平。从CAT活性方面,陕单8806和沈单16号为一组,即复水后CAT活性与胁迫相比几乎未变,但H2O2含量显著下降;农大108、掖单13和郑单958为一组,复水后CAT活性与H2O2含量均显著降低。(3)水分胁迫使掖单13和陕单8806所有气孔开度减小,而郑单958、农大108和沈单16号一部分气孔开度减小,而另一部分气孔开度未变化,即表现出“振荡”现象。复水后,除沈单16号外,其它4个品种的所有气孔开度均恢复,而沈单16号仍表现出“振荡”现象,恢复程度以陕单8806最大,显著超过对照,表现出超补偿效应。水分胁迫使5个供试玉米品种的根系水导均降低,但与对照相比降低程度不同。(4)干旱胁迫使叶片相对含水量显著降低(除陕单8806),经过复水后其含量基本恢复到原来状态(除掖单13)。其中农大108恢复程度最大,显著超过了对照,表现出超补偿效应。综合各气体交换参数发现,陕单8806在干旱胁迫下光合速率的降低主要是由于气孔导度降低导致胞间CO2浓度不足所致,相应的复水后气孔导度(Cs)和胞间CO2浓度(Ci)均表现出超补偿效应。而其它4个品种可能既有气孔的限制也有非气孔限制。【结论】在非致死的水分胁迫下,不同玉米品种根系通过形态适应、代谢调节、活性氧防御、膜结构完整性和功能维持、水分传输变化等不同机制来抵御干旱胁迫,为复水奠定基础。复水后根系功能逐渐得到修复,进而产生补偿效应。根据水分逆境下的忍耐性和复水后的恢复性,将5个供试玉米品种进行如下归类。陕单8806和农大108属于抗旱性强的品种,适合在干旱环境中生长,但适当的补充灌溉可以明显改善植物根系及地上部功能;沈单16号和郑单958的抗旱性次之,但在维持较高水分下限的前提下,通过阵发性的水分干湿交替变化不但可以节水,又刺激其超补偿效应,提高水分利用效率。所以适合在有灌溉条件和较湿润地区种植。掖单13对干旱和干湿交替水分逆境的适应能力均差,是喜水肥品种,只能在湿润地区种植,节水潜力小。