磷是植物生长发育的必须元素之一,是核酸、磷脂及ATP等重要化合物的组成成分,参与各种重要的生理代谢过程。由于土壤中有效磷被固定以及因土壤侵蚀而丢失,导致植物可利用的无机磷浓度严重不足,且磷肥的当季利用率很低,造成了大量的环境生态问题及对磷矿资源的不可再生消耗。因此,提高植物磷的利用效率是解决该问题的有效途径。代谢物作为联系基因和表型的小分子物质,能直接反映植物响应低磷胁迫的微观状态。因此,本研究结合全基因组关联分析和代谢组检测分析可以挖掘到一些通过代谢途径控制表型性状来响应低磷胁迫的基因,多维度解析磷信号响应的分子机制,为磷高效利用品种培育提供了重要理论依据。主要研究结果如下:（1）在低磷和正常磷条件下,对337份玉米自交系的22个苗期表型性状进行了鉴定。方差分析发现在两种供磷条件下除了冠根鲜重差异不显著外,其余21个性状都表现出显著或极显著的差异。并且利用动态耐低磷指数将整个关联群体分为了低磷敏感型材料、中间型材料以及耐低磷材料。在80份低磷敏感型材料中,属于温带材料的自交系居多,共有47个低磷敏感型材料属于温带材料。而在19份耐低磷自交系中,其中14份材料都属于热带材料。该结果说明玉米对低磷响应存在基因型差异且热带材料对低磷胁迫具有较高的耐受能力。（2）利用玉米56K SNP芯片对该关联群体的22个苗期表型性状进行了全基因组关联分析。以P=2.16×10-5为显著关联的阈值,发现有178个SNP位点与表型性状的比值系数（低磷/正常磷）之间有显著关联,能解释的表型变异率R~2范围为5.55%-16.50%。此外,分别有8个和15个SNP位点与低磷和正常磷条件下所测性状值有显著关联,其能解释的表型变异率分别为5.58%-7.81%和5.58%-6.67%。根据这些显著关联SNP的物理位置以及基因组平均LD衰减距离,在这些SNP周围总共筛选到1062个候选基因,这些候选基因主要分布在1号、2号、4号和8号染色体上。（3）根据关联群体的低磷耐受程度评价结果筛选出了6个耐低磷型和6个低磷敏感型自交系,并在低磷和正常磷条件下对其进行代谢组检测分析。结果分析发现,在缺磷条件下,玉米叶片和根中的核酸、有机酸以及糖的含量显著增加,而几乎所有的磷酸类代谢物、氨基酸类化合物以及含氮类化合物的含量显著降低,反映出缺磷条件下一些代谢反应存在补偿机制。同时,低磷也会诱导植物免疫相关的次生代谢物的变化,其中苯并恶唑嗪酮类化合物以及类黄酮类化合物对低磷的响应最显著。因此推测低磷响应的次级代谢产物可能参与了某些低磷胁迫响应信号通路。（4）以配对组间含量差异显著且组内含量稳定的代谢物为标准（CV＜15%）筛选了60个低磷相关代谢标记。其中异亮氨酸和丙氨酸作为最稳定的代谢标记可以用来筛选低磷敏感和耐低磷材料。在叶中,异亮氨酸和壬酸在低磷胁迫和正常磷条件下含量差异显著,并且在各配对组内稳定,可作为低磷胁迫响应的代谢物标记;同时在根中,在不同基因型材料中鉴定到9个低磷胁迫响应的代谢物标记。（5）通过皮尔逊相关分析发现,在低磷条件下有159种代谢物与至少一种表型性状存在极显著相关,在磷充足的条件下有77种代谢物与至少一种表型存在极显著相关,该结果初步展示了低磷和正常磷条件下表型与代谢物之间存在的相关,说明了代谢物与表型之间紧密的联系,为后面结合全基因组关联分析与差异代谢物相关基因寻找参与低磷响应代谢通路的一致性候选基因提供了理论基础。随后通过整合全基因组关联分析结果与差异代谢物相关候选基因,最终获得了5个通过相关代谢途径控制耐低磷性状的一致性候选基因。（6）实时荧光定量分析结果显示,这5个一致性候选基因在苗期都能够响应低磷胁迫。另一方面,因为其中3个基因在耐低磷自交系178和低磷敏感自交系9782中存在序列变异,所以我们还在双亲分离群体中对这3个候选基因进行了研究。结果发现GRMZM2G039588（编码葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶）不仅影响了轴粗、穗长和玉米茎中磷的状态,还通过影响穗粗和穗行数来响应低磷胁迫。在其余2个候选基因GRMZM5G841893和GRMZM2G051806对应的基因型家系间也能够检测到一些产量相关性的差异,但是可能因为其对相关性状有较小的贡献率,所以在不同地点中没有观察到稳定的性状差异存在。