Las plántulas experimentan cambios significativos durante su crecimiento debido a diferentes entornos de nutrientes y la competencia de plantas adyacentes, lo que es evidente en los cambios de plasticidad fisiológica en sus raíces. Por lo tanto, en este experimento, se seleccionaron 20 plántulas de familias élite de un año como objetos de prueba, y se simularon artificialmente los diferentes entornos de nutrientes y las condiciones de competencia de plantas adyacentes en la naturaleza. Se establecieron cuatro entornos de nutrientes (entorno de nutrientes heterogéneo de N, entorno de nutrientes heterogéneo de P, entorno de nutrientes heterogéneo de K y entorno homogéneo) y tres patrones de siembra (planta única, vecino conspecífico y vecino heteroespecífico) para determinar las diferencias en los índices fisiológicos de las raíces y la plasticidad de diferentes plántulas familiares, y se seleccionaron las familias y combinaciones de tratamientos con una evaluación integral más alta. Se realizó la secuenciación del transcriptoma de las raíces finas bajo diferentes tratamientos para analizar los genes expresados diferencialmente. Los resultados mostraron que la actividad de las raíces, la actividad de las enzimas antioxidantes y el contenido de elementos nutritivos de las plántulas en los entornos heterogéneos de N y P fueron más altos que en el entorno homogéneo de nutrientes, mientras que no hubo diferencia significativa entre el entorno heterogéneo de K y el entorno homogéneo, pero el contenido de MDA fue más alto que en otros entornos de nutrientes. La actividad de las raíces y la actividad de las enzimas antioxidantes en los patrones competitivos fueron generalmente más altas que en la planta única y alcanzaron su punto máximo en el vecino heteroespecífico. El índice de plasticidad fisiológica de las raíces de la línea 490 fue el más alto, pero la evaluación integral de los índices fisiológicos de las raíces de las líneas 539 y 535 fue mejor. El patrón con la puntuación de evaluación integral más alta fue el entorno de nutrientes heterogéneo de P x vecino heteroespecífico. Los efectos de los entornos heterogéneos de nutrientes de N y P sobre los genes del transcriptoma de las raíces fueron similares, lo que aumentó significativamente la transcripción de ADN y la actividad de factores reguladores, mientras que el entorno heterogéneo de K se centró en la regulación de la actividad enzimática de las raíces. El entorno heterogéneo de nutrientes induce la conducción de señales hormonales en las raíces y provoca la síntesis de fenilpropanona. La biosíntesis de fenilpropanona en las raíces aumentará significativamente bajo patrones competitivos. En resumen, los entornos heterogéneos de nutrientes de N y P y el vecino heteroespecífico pueden mejorar los índices fisiológicos de las raíces de las familias, y los índices fisiológicos de las raíces de las líneas 539 y 535 son los mejores. El entorno de nutrientes y el patrón de competencia afectan principalmente al sistema radicular para transmitir señales hormonales que regulan la actividad enzimática.