El impacto de los períodos de sequía cada vez más prolongados en los rendimientos de los cultivos como resultado del cambio climático global es una gran preocupación en la agricultura moderna. Por lo tanto, una mayor comprensión de las respuestas fisiológicas de los cultivos bajo estrés por sequía puede guiar a los criadores para desarrollar nuevas variedades con una mayor tolerancia a la sequía. En este estudio, se cultivaron líneas de sustitución de segmentos cromosómicos seleccionados de KDML105 (KDML105-CSSL) en el Centro de Fenómica Vegetal de la Universidad de Kasetsart en Tailandia, bajo condiciones de riego adecuado y estrés por sequía. Se midieron rasgos fisiológicos observando la dinámica del intercambio de gases y utilizando una plataforma de fenotipado de alto rendimiento. Además, debido a su impacto en la regulación interna de gases y agua en las plantas, se registró la variación en los rasgos morfológicos estomáticos. Los resultados muestran que las líneas KDML105-CSS exhibieron respuestas de plasticidad para mejorar la eficiencia en el uso del agua, que aumentó en un 3.62%. Además, la fotosíntesis, la conductancia estomática y la transpiración disminuyeron aproximadamente en un 40% y la altura de la planta se redujo en un 17.69%. La densidad estomática tendió a disminuir y estuvo negativamente correlacionada con el tamaño estomático, y los estomas en diferentes lados de las hojas respondieron de manera diferente bajo estrés por sequía. Bajo estrés por sequía, las líneas KDML105-CSS de mejor rendimiento con alta fotosíntesis neta tenían una altura de planta más corta y una IWUE mejorada, influenciadas por un aumento en la densidad estomática en el lado superior de la hoja y una disminución en el lado inferior de la hoja.