大豆是重要的植物蛋白和食用油来源。随着人们生活水平的提高,中国的畜牧养殖业规模逐渐扩大,对大豆蛋白的需求量不断增加,导致进口量逐年攀升。2020年中国大豆进口量超过1亿吨,严重影响我国粮食安全。因此,如何提高我国大豆的单产和总产,对保障国民生活水平和改善粮食安全状况有重要意义。提高密度是当前提高大豆产量的主要途径。但是,密度提高容易引起单株倒伏。因此,改善大豆主茎抗倒伏能力是当前大豆育种及栽培专家的重要目标。大豆抗倒伏能力和主茎及根系特性密切相关。大豆主茎与抗倒伏关系研究较多,研究结果在生产上得到广泛应用。而根系是植物从土壤中获得生命活动必需的水分及养料的营养器官,是植株赖以生存的重要基石。根系的形态分布、健壮情况等特征都会对植株地上性状（抗倒伏性等）产生重要影响。由于根系取样和观察过程复杂而且难度较高,关于地下部根系发育特点研究较少,根系如何影响地上部性状及与抗倒伏性关系都不明确,亟需开展相关研究为大豆高产提供根系角度的理论依据。植物根系生长发育受多基因调控,其表型特征可指示植株发育状态。前人研究已经表明,大豆根系发育不仅受遗传因素调控,根系生长的土壤环境状况对大豆根系生长发育至关重要。土壤与植物根系及土壤中其他生物形成统一而复杂的整体。酶,作为分解土壤有机物（SOM）的主要生物学驱动因子,其活性被认为是重要且可靠的生物指标之一。研究土壤胞外酶尤其是根际酶活性特点能够提供植物及土壤状态的重要信息。近几十年来,中国东北地区的黑土经历了严重的水土流失,耕地土壤退化明显。为修复土壤,人们注意到生物炭这种具有特殊结构的物质。有研究显示,根系会通过生理生化活动响应土壤有机质及生物炭等条件的变化,根际土壤中微生物也会对此做出响应。但此方面研究仍然不多。并且,对不同类型土壤及添加生物炭后对根系生长及根际酶活性的作用研究较少。从根系及根际酶活性角度分析大豆植株发育特点研究还未见报道。为明确大豆品种根系对不同类型土壤及生物炭添加的响应规律,本研究首先分析了抗倒伏能力不同的Charleston（半矮秆、抗倒伏能力强）、DN594（株高较高,抗倒伏能力一般）和DN50（主茎较细,抗倒伏能力弱）三个大豆品种的主茎抗倒伏相关的直径、折断力和红外吸收光谱变化规律,然后以DN594（父本）和Charleston（母本）杂交构建RIL群体,以株高为抗倒伏性指标,分析亲本与后代根系表型特征。进而以主根长度为目标性状,参考地上部株高差异,利用BSA方法对根系长度进行QTL定位尝试;另外将三个大豆品种进行室内根盒培养,分析三个大豆品种在不同比例生物炭添加条件下的正常和退化土壤的根系表型特征;同时,建立根系发育的碳代谢和能量代谢相关的β-葡萄糖苷酶和磷酸酶的原位根际酶活的检测方法,分析大豆根系酶活性变化,试图明确有机质和生物炭影响大豆根系生长发育的规律,为培育不同环境条件下栽培的高产抗倒伏大豆新品种提供根系角度的理论支持。主要研究结果如下:（1）大豆主茎的直径、折断力和红外吸收光谱间密切相关。抗倒伏强的半矮秆大豆品种的直径、折断力和红外吸收光谱均较高;抗倒伏能力弱的上述指标也较小。主根长度和株高关系密切。高秆亲本DN594的主根比Charleston在高、低有机质条件下均长6 cm;同样的,高秆池后代的根系比矮秆池均长7 cm。（2）以主根长度为目标性状进行QTL定位,在1号染色体和14号染色体各定位到1个QTL、7号染色体定位到2个QTL和大豆根系及株高相关。1号染色体QTL区间为344.989kb（3989348-4334337）,7号染色体QTL区间分别为82.512 kb（2253793-2336305）和360.662kb（17140081-17507043）,14号染色体QTL区间为1496.42 kb（5698423-7194843）,在4个QTL区间内均有在大豆根系高表达的基因,从遗传学角度证明大豆主茎和根系的协同发育。（3）不同抗倒伏能力的大豆品种对土壤适应性有基因型差异,根系表型和土壤环境关系密切。Charleston和DN594适合生长在高有机质土壤,而DN50适合较低有机质含量土壤种植。向土壤中添加1%生物炭促进大豆根系生长发育,10%生物炭对根系生长表现为抑制作用。（4）大豆根系表面存在比土壤中酶活性高的区域,即根际。主根的根际酶活性沿根系方向的扩散宽度与酶活性强度分布一致。β-葡萄糖苷酶与磷酸酶都表现为活性由低到高逐渐增加,到根尖活性最大的分布规律,在根尖形成酶活性热点。酶活性最强区域也是根际向土壤中扩散最大的区域。此规律在有机质和生物炭添加的各种环境下均一致。（5）β-葡萄糖苷酶与磷酸酶沿侧根方向的根际酶活性呈明显增加趋势,扩散宽度与酶活性强度分布一致,在侧根根尖区段形成酶活性热点。（6）不同环境条件下的主根和侧根根际的β-葡萄糖苷酶活性高于磷酸酶活性。不同品种的酶活性规律不同。Charleston主根的β-葡萄糖苷酶的扩散能力及强度高于DN594与DN50,而DN594与DN50间差异不明显;而侧根上表现为DN594的根际酶强度及扩散能力最高,DN50最弱。（7）添加生物炭可对不同有机质含量土壤的酶活性有促进作用,不同大豆抗倒伏能力的品种的响应规律不同,存在基因型差异。添加1%和10%生物炭均能提高Charleston根际酶活性;DN594在高有机质下添加1%效果最高,而在低有机质土壤里加10%效果最好;DN50于高有机质下添加10%效果最佳,在低有机质下加1%最好。