作物茎秆维管束作为“流”的重要载体,在光合产物运输和产量形成中发挥着重要作用。玉米穗位节间是指最大果穗着生节和节间,与果穗和穗位叶直接相连,其维管束显微表型的精准鉴定和遗传解析对于优良性状鉴定、高产优质品种选育具有重要意义。受限于观测手段和研究尺度,目前尚无系统、全面的有关玉米穗位节间显微表型获取及维管束遗传机制的研究。本研究以495份自交系构成的玉米关联分析群体为材料,利用Micro-CT扫描技术和基于深度学习的茎秆维管束表型解析方法系统获取并解析穗位节间茎秆、区带、维管束等多尺度表型信息;通过描述性统计、遗传力分析、相关分析及层次聚类分析进行表型的精准鉴定和综合评价;利用差异分析研究玉米关联分析群体不同亚群间的表型差异;结合全基因组关联分析挖掘调控穗位节间维管束显微表型的候选基因。主要研究结果如下:1、采用Micro-CT扫描技术获取穗位节间显微图像,分辨率可达13.55μm。基于“区带”的维管束表型解析方法适用于玉米穗位节间Micro-CT图像解析,不仅可以实现穗位节间横切面表皮区、周皮区和髓区不同功能区的精准分割,还可以自动解析表征穗位节间组织和维管束形态、几何、分布等47项指标,获取效率高达20sec/图像。同传统方法相比,基于“区带”的维管束表型解析方法效率高、通量大,且可获取的表型指标类型多,为开展玉米大群体穗位节间维管束表型精准鉴定奠定基础。2、通过系统获取495份玉米自交系的穗位节间图像发现,穗位节间横切面主要呈现月牙形或弓形。基于显微图像获取的47项表型指标在玉米关联分析群体的频率分布呈连续变异,表明穗位节间维管束相关表型为典型的数量性状。描述性统计显示,穗位节间47项表型指标的变异系数分布在0.36%-29.19%,其中42项表型指标的变异系数大于8%,表明玉米关联分析群体的穗位节间显微表型存在广泛的表型变异。差异分析结果显示,髓区类和周皮区类表型在TST、SS和NSS亚群间差异显著,尤其是周皮区维管束数目占比,表明功能区表型在玉米关联分析群体亚群间也存在丰富的表型变异。计算47项穗位节间显微表型的广义遗传力,遗传力大小范围为0.16-0.87,其中30项显微表型的遗传力大于0.70,表明玉米关联分析群体穗位节间的显微表型变异很大程度上受遗传因素的控制。最终,根据表型分析结果筛选出遗传力大于0.70的30项性状作为穗位节间的关键表型指标。3、以皮尔逊相关系数作为距离度量,采用层次聚类方法可将30项指标分为4组:Ⅰ组包括5项表型指标,主要表征穗位节间维管束分布特征及维管束与所在区带的面积占比;Ⅱ组包含17项表型指标,主要表征穗位节间横切面及髓区的形态、几何特征和维管束数目、面积;Ⅲ组包括6项表型指标;主要表征穗位节间维管束几何形态特征;Ⅳ组由其余2项表型指标组成,分别是单个维管束面积比和横切面凸包面积比。4、使用783,469个SNPs开展全基因组关联分析,鉴定到4,225个与穗位节间30项性状相关的显著SNPs,注释到416个具有详细功能注释的候选基因,其中349个候选基因为单性状特有,67个候选基因为多性状共享;调控第Ⅰ、Ⅱ组中功能区维管束相关性状的候选基因主要编码参与植物细胞壁代谢的酶、转录因子和蛋白激酶,部分编码糖转运蛋白。5、对416个候选基因进行通路富集分析,结果显示这些候选基因主要涉及有机物运输、组织发育、L-抗坏血酸代谢过程、氨基多糖分解代谢过程、几丁质代谢过程等生物学过程。本研究将实现大群体玉米穗位节间的表型特征分析以及调控维管束遗传机制的研究,可为研究人员提供丰富的玉米穗位节表型参数和遗传学研究结果,提高人们对穗位节间显微表型的认知,同时也为后续定向改良玉米穗位节间维管束、培育高产优质的玉米品种提供理论支撑。