大约9000年前，玉米从墨西哥中部的大刍草驯化而来，人类通过选择性育种将其改造成如今的大粒可口玉米穗。几个世纪以来，玉米作为美国种植面积最广、全球种植面积第二大的作物，其根系性状随环境与农业实践变化不断进化。但根在作物驯化中响应环境变化的作用尚不明确，且与当前气候变暖给作物带来的压力相关，在此背景下，宾夕法尼亚州立大学植物科学家领导的研究小组展开相关研究。

该研究小组检测古代玉米植株DNA，分析古植物学证据，包括古代植物化石、花粉和化学特征，以了解玉米根系进化情况，还分析了史前大气二氧化碳水平及人类活动对根系性状的影响。综合这些因素，他们借助宾夕法尼亚州立大学农业科学学院开发的OpenSimRoot模型，模拟玉米根系生长与演化，研究成果发表于《新植物学家》杂志。

研究人员报告，从大刍草到玉米转变过程中，根系发生三大主要变化：节根减少;多列皮层厚壁组织发育，有助于根系穿透更深土壤获取水分养分;种子根增多。

研究团队负责人乔纳森·林奇称，研究利用古代DNA、古植物学和功能结构模型，重建玉米和大刍草根系表型及特瓦坎山谷过去1.8万年的环境，以呈现根系特征演变。研究表明，在氮胁迫下提高植物性能的根系表型对玉米适应农业实践变化很重要。

第一作者Ivan Lopez-Valdivia给出根系性状进化时间表：12000 - 8000年前，二氧化碳水平上升利于根系向深生长，导致节根减少、多层皮层厚壁组织出现;6000年前，灌溉改变氮可利用性，进一步减少节根，多列皮层厚壁组织助植物吸收底土氮;约3500年前，更多种子根出现，与农业集约化等条件吻合，早期根系发育对生存更关键。

尽管研究回顾久远历史，但林奇表示，玉米是全球重要作物，当下气候、二氧化碳和土壤都在变化，这些发现对未来有重要意义，不仅揭示了现代玉米的由来，还为未来利用玉米根系适应环境变化提供指导。

更多信息： Ivan Lopez‐Valdivia 等人，《特瓦坎新石器时代土壤中玉米驯化过程中根系表型演变的计算机模拟分析》，《新植物学家》(2025)。