本研究由Haixing Zhang、Shahzad Ali、Rong Kong、Hai Liu、Hailing Lu、Xingyun Tian、Fuhai Rong、Mohamed E. Assal、Mohammed Rafi Shaik及Muhammad Sajid等人合作完成。主要作者分别来自中国农业大学资源与环境学院、浙江师范大学化学与材料科学学院、巴基斯坦哈扎拉大学农学系、甘肃省酒泉市肃州区现代农业技术推广服务中心以及沙特国王大学理学院化学系。该论文发表于 Scientific Reports 期刊，2026年第16卷，文章编号为1809，DOI为 https://doi.org/10.1038/s41598-025-32460-6。
该研究属于作物栽培学与耕作学、植物生长调节剂应用及半干旱区农业生产领域的交叉研究。研究背景在于倒伏（lodging）是限制玉米（Zea mays L.）产量的主要因素之一，倒伏通过降低养分吸收和限制光合作用造成减产。在半干旱地区，水分和养分的高效利用对作物生产尤为重要，而根系发育状况直接决定作物对土壤水分和养分的吸收能力。已有研究表明，植物生长调节剂可以在调控株型、增强茎秆机械强度和改善根系形态方面发挥积极作用，而不同耕作措施会影响土壤物理性质与根系分布。然而，关于将耕作管理措施与植物生长调节剂相结合，协同调控玉米根系生长、抗倒伏能力和产量的系统性研究仍然有限。因此，本研究旨在探索植物生长调节剂结合不同耕作管理措施对玉米倒伏特性、茎粗、机械强度、根系生长及产量的影响，以期为半干旱区玉米抗倒伏增产提供理论依据。
研究于2021年和2022年在中国甘肃省环县进行，试验地地理坐标为东经107°21′、北纬36°20′，年平均降水量419毫米，年平均气温5.9°C，其中7至9月降水占全年的59%。试验土壤为轻粉壤土，田间持水量为21.84%，有机碳含量1.02 g kg⁻¹，容重1.70 g cm⁻³。试验采用随机完全区组设计，设置三个重复，每个小区面积200 m²（40 m × 5 m）。耕作管理措施包括三个水平：D为旋耕（rotary tillage，深度15 cm）、R为传统耕作（conventional tillage，深度25 cm）、B为少耕（minimum tillage，表层耕作深度15 cm）。植物生长调节剂处理包括：E为金得乐（Jindele），其有效成分为乙烯利（ethephon）和矮壮素（cycocel），按重量比3:1复配，用量为450 ml ha⁻¹，浓度为2 ml EC/11 H₂O；Y为玉黄金（Yuhuangjin），由27%乙烯利和3% DTA-6组成；以及清水对照CK。两种植物生长调节剂均在VT期（抽雄期）喷施三次。试验共组成10个处理组合，其中重点处理EYD为金得乐+玉黄金喷施配合旋耕。供试玉米品种为大丰30，种植密度为75000株 ha⁻¹，行距60 cm，总施氮量180 kg ha⁻¹，磷钾肥分别为90 kg ha⁻¹和30 kg ha⁻¹，播种前施用，试验期间不灌溉，仅进行人工除草。
研究测定了多项指标。在玉米冠层结构与茎秆显微结构方面，于蜡熟期（dough stage）每小区随机选取5株测定重心高度、穗位高和穗位系数，统计根倒伏和茎倒伏率；不同生育期测定第三基节间木质素含量；通过北京奥林巴斯BX51显微镜观察第二基节间中部横切面，测定皮层厚度、横截面积、大维管束和小维管束数量。根系取样采用土柱法，使用Epson V700扫描仪扫描根系，并用WinRHIZO 5.0软件分析根系图像；根伤流液采集采用Yang等人方法，测定伤流速率；用AA3连续流动分析系统测定伤流液中NH₄⁺和NO₃⁻含量。根系生长速率和持续时间使用Beta模型进行定量分析，计算最大特征参数Wmax、达到最大值时间te、最大根生长速率时间tm、平均根生长速率ć和最大根生长速率cm。气生根形态指标在成穗期（ear formation stage）测定，每小区选取5株，统计根层数、根直径、根角度、根体积和根干重。伤流液中内源激素赤霉素（GA）、生长素（IAA）和细胞分裂素（CTK）通量采用酶联免疫吸附测定法（ELISA）检测。统计分析使用SPSS 19.0软件进行方差分析，采用最小显著差数法（LSD）进行多重比较，显著性水平设为p ≤ 0.05。
研究结果表明，金得乐+玉黄金喷施配合旋耕的EYD处理在多个方面表现最优。在木质素含量和茎秆显微结构方面，EYD处理的皮层厚度、横截面积、大维管束和小维管束数量分别比对照高43.9%、52.6%、27.7%和36.1%，小维管束排列紧密，大维管束发育良好。在根系伤流液方面，2021年和2022年EYD处理在25、50、75、100和125天后的伤流速率均显著高于对照；在V7期（快速生长期和茎秆开始伸长）和灌浆期，EYD处理的NH₄⁺和NO₃⁻转运速率显著高于其他处理，同时Zn、Fe、Ca、P、Mg和K的转运速率在各生育阶段亦显著最高。在次生根生长参数方面，TRDW（总根干重）、TRL（总根长）和ARD（平均根直径）的tm、ć、Wmax、te和cm在EYD处理均呈现最高趋势；与对照相比，EYD处理TRDW、ARD和TRL的tm分别延迟59.4天、56.3天和16.4天。在根直径方面，2022年EYD处理在25、50、75、100和125天后的根直径分别比对照高26.7%、42.1%、40.0%、50.0%和34.8%；根重密度（RWD）和根体积密度（RVD）在整个生育期均显著高于对照，其中RWD在25至125天后分别高33.3%至70.6%，RVD分别高50.0%至60.0%。在气生根形态方面，EYD处理的根层数、根数、根直径、根角度、根体积和根干重均为最大。在伤流液内源激素方面，EYD处理的IAA、GA和CTK通量均显著高于对照，且CTK/IAA和CTK/GA比值显著提高，而GA/IAA比值显著降低。在倒伏与产量方面，EYD处理的茎倒伏率（SLR）、根倒伏率（RLR）和总倒伏率（TLR）分别比对照降低97%、65%和74%，籽粒产量比对照提高52.8%。此外，2021年EYD和EYR处理的穗位高、穗位系数和重心高度均显著高于其他处理，表明良好的茎秆结构有助于群体冠层优化。
在讨论部分，作者指出木质素含量与内源激素信号活性呈正相关，这与前人研究一致；木质素、纤维素和维管束等解剖结构因素是提高茎秆抗倒伏能力的关键。根系伤流速率可反映根系吸收能力和根系活力，EYD处理显著提高伤流速率，表明旋耕配合金得乐+玉黄金能显著增强根系对水分和养分的吸收能力。根系生长模型参数分析表明，EYD处理延缓根系达到最大生长速率的时间，延长根系活跃生长期，有利于构建更发达的根系系统。气生根层数、根直径和根角度的改善可增强根系的固着能力，减少根倒伏风险。内源激素平衡的改变是植物生长调节剂发挥作用的重要机制，CTK/IAA和CTK/GA比值的提高表明细胞分裂素相对优势增强，有利于延缓衰老和促进根系发育。此外，不同耕作方式对土壤物理性质的影响也不同，旋耕改善了表层土壤的通气性和水分入渗能力，有利于根系在耕层内的扩展。
本研究的结论是，在半干旱地区，耕作管理措施与植物生长调节剂的组合应用能够显著降低玉米倒伏风险，减少倒伏带来的产量损失。其中，金得乐+玉黄金喷施配合旋耕（EYD处理）是最佳农艺措施，该处理通过提高木质素含量、改善茎秆显微结构、增强根系形态与分布、优化内源激素平衡和提高伤流液养分转运速率，综合提升了玉米的抗倒伏能力和籽粒产量。该研究为半干旱区玉米高产稳产提供了技术支持，具有重要的科学价值和实际应用价值。科学价值在于深入揭示了耕作措施与植物生长调节剂协同调控根—冠关系及抗倒伏性的生理生态机制，为作物抗逆栽培提供了理论依据。应用价值在于该技术成本低、操作简便，可直接推广到半干旱地区的玉米生产中，有助于保障粮食安全。
本研究的亮点在于将不同耕作深度与两种植物生长调节剂复配进行系统组合，全面解析了从根系形态、伤流液成分、茎秆显微结构到最终产量形成的级联调控路径。特别是利用Beta模型对根系生长动态进行定量描述，揭示了EYD处理延长根系活跃生长期、提高最大根生长速率的机制，这一方法学应用为根系生长比较研究提供了有力工具。此外，研究同时关注茎倒伏与根倒伏两类倒伏类型，并通过根倒伏占总倒伏比例的变化阐明了不同处理的倒伏控制侧重点，增加了研究的完整性和实用性。未来还需进一步针对不同玉米品种和多种土壤类型开展研究，以验证该技术的广适性。