《Journal of Agronomy and Crop Science》：Above and Belowground Plasticity Traits Allow Safflower (Carthamus tinctorius L.) Cultivation Under Low-Input Water Management in Three Mediterranean Environments
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本研究系统评估了两个红花基因型（CWL990L与Oscar）在意大利南部三种不同土壤气候条件下，分别接受充分灌溉（100% ETc）与半量灌溉（50% ETc）处理后的农艺表现及形态生理适应性。结果表明，CWL990L在深层土壤（Torre Lama与Minturno）的半量灌溉条件下仍能维持较高的地上部生物量、种子产量和油脂产量，而Oscar则分别出现高达75%和62%的减产。CWL990L通过增加26%的比叶重（LMA）、形成根角陡峭70%的根系以及仅降低6%的相对含水量（RWC）等可塑性性状，展现出更强的干旱耐受性。研究强调，红花作为非粮作物（UUC）在边际土地上生产第二代生物燃料方面具有巨大潜力，其基因型特异性状可塑性对适应低投入水分管理至关重要。
引言
气候变化对全球粮食安全与生产构成严峻挑战，减少化石燃料消耗和二氧化碳排放成为当务之急。第二代生物燃料源自非粮作物，可避免与粮食作物竞争资源。红花（Carthamus tinctorius L.）作为一种利用不足的作物（UUC），因其油脂特性及在极端环境下的强适应性，被视为生物燃料生产的理想候选材料。本研究旨在评估两个红花基因型（CWL990L与Oscar）在意大利南部三种不同环境（Portici、Torre Lama、Minturno）下，于两种水分管理（充分灌溉WW与半量灌溉HW）中的农艺表现，并探究其形态生理适应性机制。
材料与方法
试验于2023与2024生长季在三个地点进行，土壤类型分别为Vitric Andosols（Portici）、Luvic chernozem（Torre Lama）与Haplic solonetz（Minturno）。采用裂区设计，水分处理为主区，基因型为副区，各设5次重复。灌溉量基于Penman-Monteith方程计算的作物蒸散量（ETc）确定。农艺指标包括地上部干重（Shoot DW）、花干重（Flower DW）、种子产量、含油量与产油量。形态生理指标涵盖根角、比叶重（LMA）、气孔密度与相对含水量（RWC）。油脂含量通过正己烷萃取法测定。数据分析采用广义线性混合模型（GLMM）。
结果
农艺性能与干旱响应：在开花期，CWL990L在半量灌溉下地上部干重与花干重无显著下降，而Oscar分别减少54%与58%。在收获期，CWL990L在Torre Lama与Minturno的半量灌溉条件下生物量与产量保持稳定，而Oscar在两地分别减产24%–75%与54%–62%。在浅层土壤的Portici，两基因型均减产，但CWL990L降幅（生物量43%，产量10%）小于Oscar（72%与55%）。产油量方面，CWL990L在半量灌溉下无显著变化，Oscar则下降57%。
形态生理变化：CWL990L在半量灌溉下相对含水量（RWC）仅降低6%（Oscar为20%），比叶重（LMA）增加26%，根角增大70%。Oscar在这些性状上可塑性较低。气孔特征上，Oscar在HW条件下adaxial面气孔密度与气孔孔隙指数（SPI）分别下降23%与10%，而CWL990L无显著变化。Abaxial面气孔参数受地点影响，仅在Portici的Oscar中观察到下降。
讨论
形态生理可塑性缓解环境胁迫：CWL990L通过增加比叶重（LMA）与根角陡峭度，有效维持组织水分与深层水分获取，是其耐旱性的关键。陡峭根角有助于在深层土壤中快速获取水分，但在浅层土壤（如Portici）中效益受限。比叶重升高是旱生植物的典型特征，可减少蒸腾表面积，维持水分平衡。Oscar的气孔调节策略（如降低SPI）虽能减少水分流失，但限制了二氧化碳吸收，影响光合作用。不同土壤气候条件显著影响作物表现，如Torre Lama的肥沃Chernozem土壤支持高产，而Minturno的Solonetz土壤因钠含量高导致结构不良，限制产量。
结论
红花基因型的性状可塑性（如根角、比叶重与气孔特征）对其在低水分输入下的适应性至关重要。CWL990L展现出优于Oscar的干旱耐受性，尤其在深层土壤中。红花作为非粮作物，在边际土地与地中海环境下具有可持续生物燃料生产的潜力。然而，特定土壤限制（如浅层或钠质化）可能抵消耐逆性状的优势，因此在推广种植前需综合评估环境适应性。未来研究应扩大基因型筛选，系统选育耐旱品种。
