蒸汽压亏缺（Vapor pressure deficit, VPD），定义为空气中实际水汽压与饱和水汽压之差，是大气干旱的核心指标。高VPD会加剧植物蒸腾导致的水分流失，从而限制水分吸收和光合能力。质膜内在蛋白（Plasma membrane intrinsic proteins, PIPs）是调控跨膜水分快速运输的关键水通道蛋白，但其在高VPD胁迫植物响应中的动态功能与分子调控机制尚不清楚。本研究阐明了在高VPD条件下，SlPIP1;7在番茄（Solanum lycopersicum）形态、生理和分子水平多层次适应策略中的调控作用。结果表明，与野生型（WT）植株相比，SlPIP1;7过表达（OE）植株在高VPD条件下表现出更优的生长性能。SlPIP1;7的过表达显著提升了活性氧（ROS）清除效率，有效保护植物细胞免受氧化损伤。这种维持ROS稳态的保护机制与气孔功能密切相关。SlPIP1;7的过表达能够调控气孔形态、大小及开闭状态，从而促进水分和二氧化碳的高效利用，增强胁迫条件下植物整体的生理调控能力。此外，我们鉴定出乙烯响应因子SlERF4是该适应网络中的上游调控因子。酵母单杂交（Yeast One-Hybrid Assay, Y1H）和双荧光素酶（Dual-luciferase, LUC）实验表明，转录因子SlERF4可与SlPIP1;7启动子结合，增强其表达与功能。该互作进一步凸显了SlPIP1;7 在抵御高VPD胁迫中的关键作用。综上所述，本研究阐明了SlPIP1;7在植物响应和适应高VPD胁迫中的重要作用。这些发现拓展了我们对于植物适应环境胁迫分子机制的理解，并为未来培育抗旱作物的育种策略提供了参考。

Motivated by growing concerns about excessive agrochemical use and the resulting environmental pollution in China, this study explores the importance of online agricultural information for chemical fertilizer and pesticide use decisions among grain farmers. In particular, we focus on the functional agricultural information used for productive purposes for smallholders. Based on a survey dataset of 1,833 family farms across five Chinese provinces, we employ a propensity score matching (PSM) approach to estimate treatment effects of online agricultural information. The results reveal that online acquisition of agricultural information does not reduce the expenses of chemical fertilizers and pesticides in our sample; rather, the opposite is true. The use of online agricultural information significantly increased agrochemical expenses, particularly among smallholders. Within our sample region, the limited evolution of online information content and the inherent challenges faced by smallholder farmers are the major barriers to the beneficial effects of online agricultural information in reducing agrochemical use. Our findings emphasize the need for targeted interventions and educational efforts to bridge the knowledge gaps of smallholders. Furthermore, there is a need to raise awareness among information providers to ensure that their recommendations avoid encouraging overdoses of agrochemicals. In addition, enhancing farmers’ digital literacy will be a future task of development policy.

核桃是重要的木本油料经济树种，由胶孢炭疽菌引起的炭疽病是中国核桃生产中的灾难性病害。MAPK-WRKY信号途径在调控植物抗病方面具有重要作用，然而核桃中的MAPK-WRKY途径的鉴定及其介导的炭疽病抗性机制仍不清晰。我们以炭疽病抗性存在明显差异的‘Taile’和‘Xiangling’为试材，通过转录组学筛选到与炭疽病抗性相关的潜在JrMAPK3-JrWRKY22途径。进一步通过酵母双杂，Bifc，Pull-down和体外磷酸化分析表明JrWRKY22与JrMAPK3互作，并被JrMAPK3磷酸化。核桃果实瞬时注射结果表明，过表达JrWRKY22能抑制胶孢炭疽菌侵染，提高果实炭疽病抗性，同时显著促进病程相关基因JrPR1和PR-2家族的β-1,3-葡聚糖酶基因JrGLU表达，而沉默JrWRKY22后胶孢炭疽菌侵染病斑明显增大，相应基因表达水平降低。双荧光素酶实验也验证上述结果，JrWRKY22能激活JrPR1和JrGLU启动子活性，且被JrMAPK3磷酸化增强。进一步通过酵母单杂、Chip-PCR和EMSA分析表明JrWRKY22能结合JrPR1和JrGLU启动子中W-box元件。这些解析了JrMAPK3-JrWRKY22模块提高核桃炭疽病抗性的分子机制，拓宽了抗病理论，为核桃抗病分子设计育种提供科学依据。

玉米大斑病是全球范围内重要的玉米真菌病害，由异宗配合真菌玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）引起，其有性生殖过程受交配型基因严格调控。交配型位点（MAT）基因StMAT1-1与StMAT1-2共同决定了玉米大斑病菌的A、a 和 Aa 三种交配型。自然生态系统中玉米大斑病菌的有性生殖循环是该领域的研究热点，但关于其有性生殖的调控机制及适应性意义等关键科学问题仍未明确。本研究于2011-2023年连续13年对中国玉米主产区的玉米大斑病菌群体进行交配型鉴定，结果显示携带StMAT1-2基因的a交配型为田间优势交配型。通过室内人工诱导构建F1代群体并进行表型分析，发现携带StMAT1-2基因的a交配型菌株比A交配型菌株具有更高的适合度，表现为产孢能力增强、菌丝生长速率加快及致病力显著提升。交配型基因敲除突变体的功能验证表明，StMAT1-1和StMAT1-2是玉米大斑病菌完成有性生殖的必需基因。转录组分析显示，StMAT1-2可调控更多代谢通路相关基因的表达。分子机制研究证实，StMAT1-2能够直接结合信息素受体基因StSte2的启动子区域并调控其表达。沉默StSte2可显著抑制玉米大斑病菌的有性生殖，并导致下游MAPK通路基因显著下调；外源添加信息素可部分回补上述缺陷，证实信息素信号通路在玉米大斑病菌有性生殖中发挥关键作用。此外，缺失StMAT1-2或StSte2均会导致菌株产孢量下降、致病力减弱。综上所述，StMAT1-2通过靶向调控信息素受体基因StSte2，协同调控玉米大斑病菌的有性生殖与致病力，进而决定了a交配型在田间的优势地位。本研究结果为解析异宗配合真菌交配型群体偏离的分子机制提供了新的理论依据。

在农业生态系统中，作物生育期间的土壤养分供应是决定其产量的关键因素。然而，秸秆还田条件下，影响产量形成的关键生育时期及其微生物调控机制尚不明确。本研究进行了一项为期6年（2019–2024年）的田间定位试验，设置常规耕作（CT，20 cm）、深耕（DT，35 cm）、常规耕作+秸秆还田（CTS）和深耕+秸秆还田（DTS）4个处理，在玉米拔节期（JS）、灌浆期（GS）和成熟期（MS）采集表层（0–20 cm）和深层（20–35 cm）土壤样本，以揭示秸秆还田影响玉米产量的微生物机制。结果表明，与CT处理相比，CTS和DTS处理分别使玉米产量显著提高了8.3%和17.6%。秸秆还田提高了土壤有机碳（SOC，7.0–28.7%）、速效养分（氮、磷（P）和钾）和微生物生物量化学计量比（微生物生物量碳/微生物生物量氮，MBC/MBN；微生物生物量碳/微生物生物量磷，MBC/MBP），缓解了0–35 cm土层中微生物碳（0.7–3.2%）和磷（0.2–4.6%）的限制，其中DTS处理在深层土壤中的缓解效果更为显著。此外，秸秆还田增加了0–35 cm土层中变形菌门（3.0–39.4%）和子囊菌门（7.8–40.3%）的相对丰度，并通过增强随机性过程的贡献提高了深层土壤中细菌群落的多样性。值得注意的是，灌浆期土壤养分有效性是驱动玉米产量形成的主要因素。秸秆还田通过提高该时期速效养分含量直接促进了产量提升。同时，通过提高速效养分含量和微生物生物量化学计量比（MBC/MBN和MBC/MBP），秸秆还田缓解了微生物碳和磷的限制，进而改善了细菌群落结构，促进了SOC积累，间接提高产量。本研究揭示了秸秆还田条件下时期特异性的微生物调控机制，为优化农田管理措施和提升土壤生产力提供了理论依据。

作物生产水足迹是衡量农业水资源消耗的重要指标，它能够在区域和作物层面，从时间和空间上解析作物生长期间的水资源消耗来源（即绿水与蓝水）。本文以黄河流域作为基准训练区域，基于2000-2019年的数据，针对21种作物开发了可迁移的多尺度作物生产水足迹机器学习模拟预测模型，输出变量包括单位面积产量、单位蓝水足迹、单位绿水足迹、总产量和总水足迹。模型的空间可迁移性在科罗拉多河流域和中国大陆进行验证。应用模型模拟了在四种气候变化路径驱动下，2020-2100年黄河流域和科罗拉多河流域的长期作物水足迹情景。共构建了5,112种机器学习建模情景，并通过网格搜索优化了超过十亿种参数组合，最终筛选出392个最优模型。结果表明，该模型在多时空尺度上均表现出优异的精度和空间可迁移性，在省级和县级层面的决定系数超过0.9。误差分布呈现出明显的尺度依赖性特征，表明同一作物在不同尺度上的观测值偏差存在系统性差异。未来的长期作物水足迹情景显示，各作物的单位水足迹呈下降趋势，而两个流域的总蓝水足迹均有所增加。本研究为多尺度农业水资源分析与管理提供了一定方法和数据参考。

小麦（Triticum aestivum L.）是全球三大主粮作物之一，其产量的持续提升是保障粮食安全的核心命题。光合作用作为地球上最基础的能量转换过程，是植物生物量形成的最初来源。20世纪中叶的第一次“绿色革命”利用矮杆基因（Rht-B1b/Rht-D1b），使小麦株高降低了30%-50%，显著增强了抗倒伏能力，配合农药和化肥的广泛应用，推动全球小麦单产大幅提升。然而，随着矮杆基因的遗传增益逐渐趋于饱和，通过品种矮化来大幅度增加小麦产量的努力已遭遇瓶颈，且依赖化肥用量的增加来提升单产也面临严重的环境问题。联合国粮农组织预测，至2050年全球小麦需求将增长60%，亟需创新技术路径实现小麦产量的二次飞跃。作为生物量积累的核心动力，光合效率的提高是突破当前产量限制的重要途径。本文总结了近年来小麦光合作用研究的最新进展，重点阐述了光合碳同化与籽粒产量的关系，探讨了未来利用光合作用遗传改良提升小麦产量的关键科学问题、潜在的研究方向以及技术策略。小麦育种正迎来以光能高效利用为核心的第二次“绿色革命”新时代。

玉米地方品种是长期适应多样化环境形成的宝贵遗传资源，对现代育种具有重要价值。然而，中国玉米地方品种的遗传结构、对现代育种的贡献及其所携带的有利等位基因仍缺乏系统解析。本研究构建了一个包含3,187份全球玉米地方品种的多样性群体，其中2,042份材料源自中国，通过群体遗传结构分析、基因流检测、选择信号分析和全基因组关联分析（GWAS）等方法，系统解析了其遗传多样性及育种潜力。结果显示，中国玉米地方品种可划分为 7 个遗传类群（CL1–CL7），地理分布与我国主要玉米生态区高度匹配，呈现明显的环境适应性遗传分化。鉴定到黄淮海地区地方品种类群（CL3）向中国主要杂种优势类群四平头（SPT）的显著基因流，渗入区段富集抗逆与花期调控相关基因，从基因组水平证实地方品种对现代育种的贡献。通过GWAS鉴定出多个重要性状的关键候选基因，包括已知的开花调节基因ZCN8和抗病相关基因OPR8。有利等位基因分析表明，尽管现代育种在总体上积累了较多有利等位基因，但地方品种尤其在开花期和抗病性方面仍保留了大量独特且未得到充分利用的有利等位基因。本研究系统阐明了中国玉米地方品种的群体遗传结构及其对现代育种的遗传贡献，揭示了地方品种中丰富且尚未被充分利用的有利等位基因，为未来精准利用地方品种资源以拓宽玉米遗传基础、培育气候韧性新品种提供了理论依据和技术支撑。

在气候变化和土壤退化日益加剧的背景下，实现大豆生产的稳定性和可持续性仍然是全球面临的挑战。秸秆覆盖被用于提高干旱和半干旱农业系统中的大豆籽粒产量，但其对土壤肥力和产量稳定性的长期影响尚不清楚。本研究设置了一个长期定位试验，包括3种处理：秸秆清理（SR）、秸秆覆盖（SM）和秸秆粉碎（SC）。SM处理提高了土壤酶活性，改善了耕层养分。3种处理中，SM处理拥有最大的平均重量直径（2.12）和最小的土壤固相占比（49.09%）。SM处理大豆叶片的叶绿素持续时间最长（135.55 d），其次是SC（120.81 d）和SR（95.25 d）。此外，SM处理在大豆R1期具有最大的叶面积指数（LAI）和生物量，二者均与大豆籽粒产量显著正相关。相较于SR和SC处理，SM处理的籽粒产量、产量稳定性和产量可持续性分别平均提高了17.76%、73.64%和15.42%。长期作物残茬还田是恢复土壤肥力、缓冲气候压力和确保产量稳定的一种有前景的低投入策略，有助于实现全球的农业可持续发展和粮食安全。

籽粒灌浆期的高温胁迫（HT）通过扰乱整株植物的碳分配，严重制约着玉米产量的形成。水杨酸（SA）已被证明能够增强作物的耐热性，但其在HT下调控“源-流-库”碳动态的生理机制尚不明确。为此，本研究对两个糯玉米品种在吐丝期进行喷施SA处理和灌浆期15天的HT处理。结果发现，HT降低了花后干物质的积累与转运，抑制了叶片和籽粒中的蔗糖代谢，同时下调了茎和籽粒中糖转运蛋白相关基因的表达，导致¹³C向籽粒的分配减少，最终引起籽粒产量下降。SA通过重新协调“源-流-库”关系，有效缓解了HT对碳供给、转运效率及籽粒中碳利用能力的不利影响。在“源”中，SA维持了叶片中的同化物积累，并增强了蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶及转化酶的活性；在“流”中，SA诱导了茎中蔗糖转运蛋白基因的上调表达，促进了蔗糖的卸载和长距离转运；在“库”中，SA稳定了籽粒中的蔗糖代谢，并诱导蔗糖转运蛋白相关基因的上调表达，从而增加了碳向籽粒的分配。进一步利用部分最小二乘路径建模分析，发现SA主要通过调控叶片和籽粒中的蔗糖代谢以及茎部和籽粒中的蔗糖转运，缓解了HT引起的产量下降。总体而言，外源SA通过优化“源-流-库”间的碳分配，减轻了HT的负面影响，从而在高温条件下维持糯玉米的籽粒产量。

由水稻白叶枯病菌引起的白叶枯病，是一种在世界范围内极具破坏性的水稻病害。野生稻是极其宝贵的白叶枯病抗性基因库，将这些基因导入栽培品种中，为控制该病害提供了一种具有成本效益且环境可持续的策略。对抗白叶枯病野生稻种质进行自动化、无损且低成本的筛选，对于培育抗病水稻品种至关重要。本研究提出了一种人工智能驱动的方法，用于筛选优良的抗白叶枯病野生稻种质，以支持育种工作。研究开发了一套用于野生稻白叶枯病抗性筛选的AI驱动工作流，能够实现田间的评估，并将该系统集成在一台成本约890美元的便携式背包设备中。研究设计了一种计算机视觉算法来分割病斑、测量病斑长度并评估白叶枯病抗性水平，从而筛选出优良的抗病野生稻。该病斑分割模型仅包含0.85M个参数和4.33G FLOPS，其交并比达到了94.14%。包括白叶枯病抗性水平评估、田间测试和泛化测试在内的综合评估表明，该方法具有较高的准确率（分别为92.0%、94.0%和95.6%），并显著提升了效率。该方法将支持大规模野生稻种质白叶枯病抗性的高通量筛选，从而加速野生稻种质资源的探索与开发。

土壤有机碳（SOC）是土壤健康和农业可持续性的关键指标。然而，黄土高原SOC含量普遍较低，且固碳效率（CSE）在主要气候区的农田系统中尚未得到系统量化。本研究以山西省3个农业生态差异较大的县域（北部应县、中部寿阳、南部永济）为研究对象，分析了1983-2023年间碳输入和CSE的时空变化特征。利用地统计学方法、随机森林模型和路径分析，我们判别了不同气候条件和农田种植制度下SOC累积和CSE的关键驱动因素。结果表明，2023年SOC储量呈现明显的从北向南递增趋势：北部为20.1±6.5 t ha^-1，中部为23.1±6.3 t ha^-1，南部为24.5±6.3 t ha^-1；碳输入量也呈现同样的趋势，即从北部的2.2增至中部的2.5和南部的4.2 t ha^-1 yr^-1，而CSE则从北向南递减，1983-2023年间从9.7%降至7.4%和5.2%。我们的分析表明，海拔、气温、初始SOC含量和粪肥碳输入是空间分异的主控因素。黄土高原东部极低的CSE值可能部分归因于持续土壤侵蚀导致的碳损失。因此，黄土高原东部农田管理应构建兼顾土壤侵蚀敏感性与碳汇功能的适应性策略，在深入理解关键生物地球化学过程的基础上，切实提升农田土壤健康水平。

长江流域稻油轮作系统普遍面临茬口衔接紧迫的挑战。为解决这一问题，将无人机播种与免耕技术及高密度直播相结合已被公认为关键农艺措施。然而，高密度种植会加剧种内竞争（以相对竞争强度 RCI 量化），这会削弱根冠发育，并加剧抗倒性与产量之间的矛盾。为探究解决方案，本研究通过2年的双因素裂区大田试验，系统量化了不同耕作方式CK (tillage + manual sowing), N (no-tillage + UAV-sowing), T (tillage + UAV-sowing)和播种量S1 (3.75 kg ha^-1), S2 (5.25 kg ha^-1), S3 (6.75 kg ha^-1)交互对油菜群体竞争强度、产量、抗倒性及相关生理指标的调控效应。主要研究结果揭示：在三种耕作模式下，播种量从S1到S3逐级增加导致种群密度、籽粒产量及 RCI 显著提升，但单株产量显著下降。综合两年数据显示，N组相比CK组和T组，其相对竞争强度 RCI 显著降低32.3%-37.7%。该管理措施还可优化干物质分配，使根冠比和根系质量分数提高30.8%-44.3%，从而增强了根系锚固能力。与此同时，该处理显著增强了茎秆机械性能：茎秆木质素和纤维素含量提升了6.8%-10.4%，使茎秆强度大幅提升，导致倒伏指数降低18.6%-35.8%。在N模式下，适度的竞争胁迫通过苯丙烷途径激活关键酶（苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）、过氧化物酶（POD）、肉桂醇脱氢酶（CAD），其活性提升7.6%-46.9%），从而促进结构碳水化合物合成并增强机械支撑能力。尤为重要的是，无人机播种免耕技术（N模式）通过优化根茎协调性和强化茎秆结构，实现了高产与抗倒伏的双重目标协同效应。NS2和NS3处理被确定为平衡这些目标的最佳实践方案，其产量与最高产处理（TS3）相当或接近，同时展现出更优异的抗倒性。本研究揭示了“种内竞争-结构可塑性-功能增强-高产与抗倒伏”的级联关系，为长江流域中同步提升油菜产量与抗倒性提供了精准的农艺框架。

根系是棉花吸收水分和养分的重要器官，不同棉花品种对干旱胁迫响应不同。探究不同根系类型棉花品种对干旱胁迫的响应特征对不同生长条件的棉花种植具有重要的指导意义。因此，本研究以384份棉花品种为材料进行室内试验，筛选出长根、短根根系品种；开展田间试验，分析两类品种对干旱胁迫的响应差异；通过全基因组关联分析（GWAS），定位与根形态相关的变异位点，筛选候选基因。研究结果表明：以室内试验的总根长为主要指标，筛选出五个长根型品种PD2164、B557、中棉所30、超鸡脚德字棉和邓恩HS120，五个短根型品种博乐34号、河南79号、中棉所50、V83-013和Ari3696。干旱胁迫试验结果表明，在干旱条件下，长根型品种平均总根长增幅（5.49%）较短根型品种（15.45%，p<0.05）小；长根型品种和短根型品种产量分别降低19%-35%和10%-37%。值得注意的是，在干旱条件下，短根型品种河南79号总根长增幅最高，为69%，并且产量降幅最低，为10%，表现出较高的抗旱性。我们还通过GWAS发现At02区域101.2-101.6MB内与主根性状相关的SNP，确定GhAIL6为根系发育相关基因。本研究鉴定出了5份长根和短根型极端棉花品种，并探明在干旱胁迫下一些短根型品种总根长增幅较大，产量降幅较小，表现出较高的抗旱性，并且鉴定了GhAIL6在棉花苗期根系发育中促进根系生长的作用。为进一步研究其对根系发育的调控机制提供理论基础，为棉花抗旱品种改良提供理论依据。

冬小麦是中国主要的粮食作物，其叶面积指数（LAI）是精准农业中用于生长评估的重要指标。基于无人机的遥感技术和PROSAIL模型已被广泛应用于LAI估算，但在覆膜条件下的估算精度因地膜的光谱干扰而受限。基于陕西省杨陵区冬小麦田间实测数据，本研究通过将实测的土壤和地膜反射率融入PROSAIL模型，构建了一种线性光谱混合模型（LSHM），以改善覆膜冬小麦的LAI反演。研究采用了无人机获取的多时相影像和田间实测LAI数据，并将该模型与随机森林（RF）和LASSO变量筛选方法相结合以提高精度。与标准PROSAIL模型相比，LSHM通过融入实测土壤和地膜光谱，显著减小了PROSAIL模拟的反射率差异，在整个生育期内R⊃2;平均提高了16.5%。此外，RF-LASSO优化了波段反射率（BR）和植被指数（VI）组合，增强了模型的稳定性，在抽穗期（R⊃2;=0.83，RMSE=0.35，MSE=0.12）和灌浆期（R⊃2;=0.71，RMSE=0.50，MSE=0.25）均表现出优异性能。结果表明，混合PROSAIL模型在覆膜冬小麦LAI反演估算方面具有显著潜力，为垄沟覆膜种植系统中的作物性状表型分析提供了一种稳健的方法。

非洲猪瘟（African swine fever, ASF）是由非洲猪瘟病毒（African swine fever virus, ASFV）引起的家猪高度传染性出血性疾病，致死率接近 100%，对全球养猪业造成毁灭性打击。ASFV 作为大型双链 DNA 病毒，感染宿主细胞后其基因组可被胞质 DNA 识别受体环 GMP-AMP 合酶（cyclic GMP-AMP synthase, cGAS）感知，进而激活 cGAS-STING（stimulator of interferon genes）信号通路，诱导 I 型干扰素（type I interferon, IFN-I）等细胞因子产生，启动宿主天然免疫应答。为实现高效感染与持续传播，ASFV 已进化出多种策略靶向该通路进行免疫逃逸，但其具体分子机制尚未完全阐明。本研究旨在探究 ASFV 编码蛋白 pD345L 对 cGAS-STING 通路的调控作用及分子机制，为揭示 ASFV 的免疫逃逸策略提供实验依据。本研究通过采用双荧光素酶报告基因检测系统，检测 pD345L 对 cGAS-STING 通路下游启动子活性的影响，结果显示，ASFV pD345L 以剂量依赖性方式显著抑制 cGAS-STING 通路介导的 IFN-β、IFN-α 及 ISG54 启动子活性；通过实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测 pD345L 对 cGAS-STING 诱导的 IFN-I 相关基因 mRNA 表达水平的调控作用，结果证实，pD345L 可明显降低 cGAS-STING 诱导的 IFNβ、ISG54、ISG56 基因 mRNA 表达水平。利用免疫共沉淀技术，分析 pD345L 与 cGAS-STING 通路关键分子的相互作用，结果表明，pD345L 可分别与 STING 和 IRF3 发生相互作用，其中pD345L的C末端是其发挥作用的关键结构域；进一步研究发现，pD345L 的相互作用可阻断 STING 与 IRF3 信号复合物的形成，进而抑制 IRF3 的磷酸化修饰及核转位过程，最终导致 IFN-I 产生的显著下调。研究首次证实 ASFV 编码蛋白 pD345L 是 cGAS-STING 信号通路的新型负调控因子，其通过靶向结合 STING 与 IRF3，阻断二者信号复合物的组装，从而负向调控 cGAS-STING 通路介导的 IFN-I 免疫应答。该研究揭示了 ASFV 逃逸宿主天然免疫的全新分子机制，不仅丰富了 ASFV 免疫逃逸的理论体系，也为开发针对 ASFV 的新型疫苗设计、抗病毒药物靶点筛选及 ASF 防控策略制定提供了关键实验依据和理论支撑。

高致病性禽流感病毒（AIV）在传播过程中通过抗原漂移不断演化，使其能逃逸宿主免疫应答并具有跨种传播的能力，给全球养禽业造成巨大经济损失，也对公共卫生安全构成巨大挑战。为鉴定免疫选择压力下H5N1亚型AIV的适应性突变位点，本研究将SY（Re-5类似株）毒株与相应鸡抗血清混合后在SPF鸡胚和鸡胚成纤维细胞（CEF）连续传代，或将SY毒株在免疫鸡体内连续传代。对逃逸抗血清中和能力的子代病毒进行测序，在HA、PB2和PB1蛋白中共鉴定到12个氨基酸突变位点，其中HA蛋白中的K205位点存在K205T和K205N两种突变模式，二者均显著降低突变病毒与鸡抗血清的HI效价和细胞微中和效价，介导免疫逃逸作用；小鼠致病力试验显示，PB2中的K32M和E69K突变以及PB1中的M246I突变能有效减弱病毒对小鼠的致病力，而PB2中的S155N突变则通过聚合酶依赖性机制增强了病毒的复制能力，显著增强其致病力。值得注意的是，在免疫压力下，PB2中的S155N突变延迟了HA中K205N突变的出现，该现象与数据库中统计的病毒氨基酸流行趋势相一致： 2008-2011年间有一定比例PB2-S155N突变，HA-K205N突变流行率较低；而在2011年后，HA-K205N出现频率逐渐上升。综上，本研究成功建立了抗体选择压下H5N1亚型AIV适应性突变的3种模型，鉴定出免疫逃逸关键位点和哺乳动物致病力增强位点各1个，为预测新流行株的抗原漂移变异株和哺乳动物适应性突变，以及阐明H5亚型AIV表面基因与内部基因间的共进化动力学提供了一个有价值的工具。

口蹄疫病毒（FMDV）是一种高度接触性传染的小RNA病毒，可感染猪、牛、羊等多种偶蹄动物，在全球范围内给畜禽养殖业造成了巨大的经济损失，是全球重点防控的动物烈性传染病之一。FMDV非结构蛋白3A是调控病毒复制、致病性及宿主嗜性的关键功能分子。现有研究证实，3A蛋白的氨基酸突变与病毒宿主范围改变、毒力强弱变化密切相关，在病毒与宿主细胞相互作用过程中发挥核心介导作用。但是目前针对宿主细胞因子靶向调控3A蛋白、进而干预病毒复制的分子机制仍不明确。为挖掘参与调控FMDV复制的宿主关键因子并阐明其作用机制，本研究采用western blot、RT-qPCR、TCID₅₀、免疫共沉淀(Co-IP)、免疫荧光共定位、反向遗传操作等技术手段，通过一系列体内外功能验证实验，鉴定出 E3 泛素连接酶NSMCE1为新的宿主抗FMDV负调控因子。

研究结果表明，NSMCE1抑制FMDV的复制，该分子可与FMDV 3A蛋白发生相互作用，并特异性介导3A蛋白第16位赖氨酸（K16）位点发生K33型泛素化修饰。该修饰通过泛素-蛋白酶体途径促进3A蛋白降解，进而抑制FMDV的复制，发挥其抗病毒活性。通过反向遗传技术构建3A蛋白K16位点突变的重组病毒（rO-3AK16R），体内外功能验证结果表明该位点突变可逃逸NSMCE1介导的泛素化降解，显著增强FMDV在体外及体内的复制能力与致病力，进一步验证了NSMCE1介导的泛素化修饰在抑制病毒复制中的关键作用。

本研究首次揭示了NSMCE1通过靶向调控FMDV 3A蛋白抵御病毒感染的全新分子机制，明确了3A蛋白K16位点为NSMCE1介导泛素化修饰的关键靶点，阐明了泛素-蛋白酶体系统在小RNA病毒复制调控中的重要功能。研究结果不仅深化了宿主天然抗病毒免疫应答机制的理论认知，也为靶向泛素化通路研发新型抗口蹄疫药物提供了潜在靶点与理论依据。

在全球经济格局深刻变革与多重危机交织的背景下，农产品贸易正面临前所未有的不确定性。单边主义和保护主义的抬头、地缘政治冲突的升级，以及新冠疫情、气候危机等多重冲击，显著加剧了全球农产品贸易的系统性风险，使其从单一市场问题转变为涵盖经济、政治和环境维度的综合性治理议题。本研究基于2001年至2024年间Web of Science数据库收录的2702篇论文，运用BERTopic模型系统探究全球不确定性背景下农产品贸易研究的核心主题、结构关系及演化趋势。研究发现识别出20个核心主题，并进一步归纳为7个研究方向：非关税壁垒、供应链韧性、中国的角色与区域合作、粮食安全、非洲与巴西市场、气候变化与能源转型、社会福利与健康。结果表明，该领域具有高度多维性与跨学科特性；研究热点的演变与全球重大事件呈现显著同步性，研究范式已从效率优先转向韧性优先，从纯粹的经济分析转向对可持续性的综合评估。本研究为理解多重危机下农产品贸易的复杂机制提供了参考，并为后续政策制定与学术探索提供了启示。

花生下胚轴连接根系和子叶，是幼苗出土期间运输营养物质和信号分子的重要通道。尽管其具有重要作用，但花生下胚轴在细胞水平上的基因表达特征尚未被充分解析。本研究通过对29,915个细胞核进行测序分析，构建了花生下胚轴的单核转录组图谱，并鉴定出6种主要的细胞类型。拟时间轨迹分析揭示了从原基细胞到特化中柱细胞的层级分化路径。通过将单核数据与常规转录组（bulk RNA-seq）相整合，本研究筛选出93个核心差异表达基因（core-DEGs），其中包括21个在韧皮部和形成层细胞中富集的转录因子（TFs）。共表达网络分析进一步揭示了与光合作用和脂肪酸代谢相关的功能模块。此外，针对多样化花生群体胚轴长度的全基因组关联分析（GWAS）精准定位了位于B03染色体上的一个关键位点，该位点包含编码具有核定位特征的bZIP转录因子基因AhTGA1。表达分析表明，相比于低表达材料，AhTGA1高表达材料（如R169）的胚轴表现出显著的伸长。在拟南芥中过表达AhTGA1的进一步功能验证表明，该基因通过激活生长素（auxin）途径，促使胚轴比野生型更快地伸长。本研究为理解花生胚轴发育的转录调控提供了单核分辨率的新见解，成功鉴定出关键调控因子AhTGA1，并为未来精准选育具有适宜胚轴长度的花生幼苗提供了明确的分子靶标。

包括花青苷和原花青素在内的黄酮类化合物，是植物重要的次生代谢产物，在植物的生长发育和逆境胁迫等方面发挥着重要作用。我们发现了一个重要的NAC家族转录因子MdNAC72-like，与苹果果实成熟过程中花青苷的含量密切相关，随后通过酵母单杂交、电泳迁移率试验和荧光素酶报告试验，证实了MdNAC72-like能直接结合MdMYB9、MdLAR和MdUFGT的启动子并激活其转录，促进花青苷和原花青素的生物合成。同时，通过酵母双杂交、pull-down和双分子荧光互补试验证实MdERF1B与MdNAC72-like相互作用，进一步增强了MdNAC72-like对下游结构基因MdMYB9、MdLAR和MdUFGT的转录激活活性。综上所述，MdNAC72-like为苹果花青苷和原花青素合成调控机制提供了更丰富的研究价值和理论依据。

冰草（Agropyron cristatum，2n=4x=28, PPPP）是小麦的一种多年生野生近缘种，因其具有多小花、多小穗、广谱抗病性以及极强抗逆性，被认为是小麦遗传改良的优良供体。本研究通过对含有多个冰草染色体的附加系II-23与普通小麦品种Fukuho进行回交，成功创制了冰草4P染色体附加系II-24，以及4PS和4PL的端体附加系。多年农艺性状调查结果表明，在普通小麦品种Fukuho的遗传背景下，冰草4PL染色体的附加显著提高了穗粒数和有效分蘖数，且对千粒重无影响。此外，我们还创制了一个易位系WAT41（T4PL-3DS·3DL）。与对照相比，该易位系在保持千粒重不变的前提下，穗粒数增加了5.79%，小穗数增加了2.42%，小穗粒数增加了3.52%，穗长增加了4.93%。重测序分析结果表明，WAT41携带了冰草4P染色体505-585 Mb区段，包含16个穗发育相关基因。进一步基于这些基因开发了两个特异性分子标记，用于在育种选择中追踪这一控制高穗粒数的染色质片段。综上所述，本研究提供了能够克服穗粒数与千粒重之间负相关关系的新种质资源，拓宽了小麦育种的遗传基础。

缺铁（Fe）是最为普遍的人体微量营养缺乏症之一，其导致的缺铁性贫血是一个全球性健康问题。然而，主要粮食作物籽粒的Fe含量普遍偏低。因此，提高谷物中的Fe含量对于以谷物为主食的人群（尤其是发展中国家人群）的健康至关重要。本研究分离到一个谷子叶片黄条纹突变体Siysl1。该突变体表现出典型的Fe缺乏表型，在施加充足Fe条件下突变表型被恢复。与野生型相比，Siysl1突变体苗期的根部，已及拔节期的茎和叶、穗以及种子中的Fe含量均显著降低，但抽穗期叶片的Fe含量略有升高。本研究利用MutMap+法定位并克隆了目标基因SiYSL1，通过CRISPR/Cas9介导的基因敲除验证了SiYSL1的功能。SiYSL1编码一个Fe-PS（植物铁载体）转运蛋白，其表达在缺铁条件下被强烈诱导。组织化学染色显示，SiYSL1在缺铁条件下的幼苗根系和叶片的维管束中，以及小花、膨大的子房、胚乳基部和胚周围组织中特异性表达。这些结果表明，SiYSL1参与调控Fe的吸收及稳态，并在Fe向籽粒的转运过程中发挥重要作用。在水稻和谷子中过表达SiYSL1可显著提高种子及穗部的Fe含量，表明SiYSL1在作物铁生物强化育种中具有潜在应用价值。对SiYSL1启动子中转录因子结合位点进行预测，结合穗部转录组分析，发掘到一些可能调控SiYSL1表达的转录因子。本研究为粮食作物的铁生物强化育种提供了新的基因资源，并为进一步认知作物种子中铁元素积累的机制提供了支撑。

盐碱环境下，作物往往同时面临高盐和高 pH 的双重胁迫。然而，过去几十年的研究大多集中于植物对单一盐胁迫的响应，对作物应对复合盐碱胁迫的方式及其抗性机制仍缺乏系统认识。本研究在混合钠盐型盐碱胁迫条件下，对458份谷子（Setaria italica）微核心种质进行了大规模筛选，鉴定出极端耐盐碱和极端敏感材料。与敏感材料相比，耐盐碱材料中木质素、可溶性糖和脯氨酸含量更高，而丙二醛（MDA）含量较低。上述生理调节使耐盐碱材料在胁迫条件下仅需较小幅度的转录组重塑即可维持适应性。进一步研究发现，SAPK10 过表达诱导的木质素沉积增加可显著增强植株对盐碱胁迫的抗性。综上，本研究筛选出具有潜在利用价值的优异谷子种质，并揭示木质素介导的物理防御是谷子耐盐碱的重要机制。

盐碱环境下，作物往往同时面临高盐和高 pH 的双重胁迫。然而，过去几十年的研究大多集中于植物对单一盐胁迫的响应，对作物应对复合盐碱胁迫的方式及其抗性机制仍缺乏系统认识。本研究在混合钠盐型盐碱胁迫条件下，对458份谷子（Setaria italica）微核心种质进行了大规模筛选，鉴定出极端耐盐碱和极端敏感材料。与敏感材料相比，耐盐碱材料中木质素、可溶性糖和脯氨酸含量更高，而丙二醛（MDA）含量较低。上述生理调节使耐盐碱材料在胁迫条件下仅需较小幅度的转录组重塑即可维持适应性。进一步研究发现，SAPK10 过表达诱导的木质素沉积增加可显著增强植株对盐碱胁迫的抗性。综上，本研究筛选出具有潜在利用价值的优异谷子种质，并揭示木质素介导的物理防御是谷子耐盐碱的重要机制。

干湿交替灌溉（WD）是水稻生产上一种有效的节水措施，但会增加稻田氧化亚氮（N₂O）的排放。枯草芽孢杆菌（BS）等植物促生菌能够促进作物生长；然而，干湿交替灌溉下施用枯草芽孢杆菌对水稻产量和N₂O排放的影响尚不明确。本研究通过为期3年的田间试验，选用两个粳稻品种，评估了两种灌溉模式（常规淹水灌溉（CF）和干湿交替灌溉（WD））以及枯草芽孢杆菌施用（不施BS，-BS；施用BS，+BS）对水稻产量和N₂O排放的影响。结果表明，在两种灌溉模式下，施用枯草芽孢杆菌均显著提高了水稻产量。与CF-BS处理相比，CF+BS和WD+BS处理分别使水稻增产了3.4-6.0%和5.8-12.7%，主要归因于总颖花数的增加。CF+BS处理对N₂O排放无显著影响，而WD-BS处理显著增加了N₂O累积排放量；但与WD-BS相比，WD+BS处理使N₂O排放量减少了30.0-41.0%。WD+BS处理提高了根系氧化力，增加了20–40 cm土层中的根表面积和根体积密度。该处理还降低了稻田土壤NO₃⁻-N含量，提高了NH₄⁺/NO₃⁻比值，改善了脲酶和蔗糖酶活性，促进溶解性有机碳（DOC）和微生物生物量氮（MBN）的积累，并且提高N₂O还原酶基因（nosZ）丰度。总之，干湿交替灌溉下施用枯草芽孢杆菌可在提高水稻产量的同时降低稻田N₂O排放。根系功能、地上部农艺性状、土壤酶活性的改善，以及优化的氮素转化和微生物过程，是干湿交替配合施用枯草芽孢杆菌实现稻田生态系统高产和低排的关键机制。

通过模型策略优化种植密度对于提高现代玉米生产系统的资源利用效率和生产力至关重要。功能-结构植物模型诸如GreenLab等为模拟作物生长和产量形成提供了强大的框架。然而，它们在模拟密植条件下株间竞争方面的能力仍然有限，这主要是由于对比叶面积（SLA）参数过于简化。为弥补这一不足，本研究开展了一项为期两年（2022-2023年）的田间试验，试验设置四个玉米种植密度（3、6、9和12 plants m^-2，分别为PD3、PD6、PD9和PD12），旨在探究密度驱动的叶片结构和功能性状变化，并评估SLA可塑性在调控冠层光能及氮素利用效率中的作用。增加种植密度显著改变了冠层结构和资源分布。与PD3相比，高密度处理（PD6、PD9和PD12）提高了叶向值、SLA、光合氮利用效率（PNUE）、辐射利用效率（RUE）和作物生长速率，但同时降低了单株叶面积、比叶氮含量和光饱和光合速率。进一步分析表明，密度诱导的SLA可塑性提高了PNUE，并调整了氮素与光的消光系数之比，从而部分补偿了因SLN降低所导致的叶片光合能力下降。在冠层尺度上，SLA与RUE呈显著正相关，突显了其在株间竞争下促进冠层光合作用的作用。随后，将观察到的SLA对种植密度的响应进行参数化，并整合到GreenLab-Maize模型中。与标准模型相比，修订后的模型显著改善了对密植条件下叶面积、叶面积指数、RUE和累积生物量的预测。总体而言，本研究确立了SLA可塑性作为密植条件下资源优化的关键适应性性状，并提供了一种经过验证的方法，以增强功能-结构植物模型中株间竞争模拟的真实性。

土壤pH调节和钙肥（Ca）施用是酸性土壤区花生生产中常用的农艺管理措施，但二者对镉（Cd）积累的协同调控机制仍缺乏系统认识。本研究通过盆栽试验和水培试验，探究了施用石灰（0.7%）及不同水平Ca(NO₃)₂（0.01%、0.02%和0.04%）对酸性土壤Cd生物有效性及花生Cd吸收的影响。结果表明，单独施用石灰和Ca(NO₃)₂分别使花生籽粒Cd含量降低15.7%和30.4%；二者联合施用则能在提高花生产量的同时有效降低籽粒Cd含量。石灰主要通过提高pH降低土壤Cd活性减少根系对Cd的吸收，从而降低植株整体Cd积累；而Ca(NO₃)₂施用虽会提高土壤溶液Cd浓度，但能通过促进地上部细胞壁对Cd的固定，抑制Cd向籽粒的迁移。水培试验结果进一步表明，在酸性至近中性条件下，花生根系对Cd的吸收随溶液pH和Ca浓度升高呈抛物线型变化，在pH 6.0且Ca浓度为1 mmol L⁻⊃1;（Ca/Cd=2000）时Cd吸收量达到峰值；当pH升高至7.5且Ca浓度超过1 mmol L⁻⊃1;时，能显著降低Cd吸收，但此时会造成植株生物量的下降。因此，实现花生增产与籽粒Cd减控的双重目标需要合理优化土壤pH与Ca⊃2;⁺供应水平。

优化种植模式和覆盖物被认为是提高雨养农业生产力的有力措施。然而，缺乏长期定位试验揭示种植模式结合覆盖物类型对旱作玉米农田土壤微环境及作物产量的调控机制。本研究通过设置2种种植方式（R：垄沟种植；C：传统平播种植）结合3种覆盖物类型（S：秸秆；B：生物地膜；W：无覆盖），进行7年定位试验，探究不同处理对土壤-作物系统的综合影响。结果表明，垄沟种植显著提升0–200 cm土层储水量2.02–9.63%，秸秆覆盖提高有机质含量。垄沟秸秆覆盖处理（RS）表现出最优的土壤微生态效应，其微生物Shannon指数和Richness指数较传统平作（CW）提升148.50–203.64%和15.49–50.29%，碳源代谢效率提高99.58–236.17%。此外，RS处理的产量最高。偏最小二乘路径建模（PLS-PM）揭示种植模式结合覆盖物主要通过改善土壤质量指数（R²=0.98；路径系数（pc）=0.70）间接调节作物产量。多目标决策分析证实，RS是同时实现维护土壤健康、提高资源利用效率和作物产量的最优模式。本研究为优化中国北方旱地春玉米种植系统提供了新策略，有效促进该地区土壤-作物系统可持续发展。

大豆种子发育异质性增加了其对花后高温胁迫响应的复杂性。为探究花后高温减产原因，研究在主茎第一朵花开放后对植株进行了为期6天的高温处理。结果表明，高温胁迫显著降低了始花节的有效粒数，减小了荚果及种子的大小与鲜重，抑制了荚果发育进程，并下调了与DNA复制、细胞分裂、脂质代谢及次生代谢相关基因的表达。进一步分析显示，生长素信号与细胞周期因子构成调控种子发育的核心网络。高温抑制了细胞周期相关基因（如细胞周期蛋白、驱动蛋白、MAD2和RAD）的表达，其中MAD2与RAD含有生长素响应元件。同时，高温导致受精子房中的生长素含量显著下降。外源施用生长素类似物萘乙酸可通过增加细胞数量和细胞大小来缓解高温对种子发育的不利影响。此外，萘乙酸处理还提高了高温条件下的结荚率、单株荚数、粒数和粒重。以上结果表明，在大豆种子发育过程中，高温胁迫通过降低内源生长素含量并抑制细胞周期进程，导致种子生长迟滞；而外源补充生长素则能有效增强大豆对花后高温的适应能力。

甜瓜（Cucumis melo L.）的叶片颜色变异明显，是研究叶绿素合成、叶绿体发育及光合作用的理想模型。本研究鉴定到一个稳定遗传的黄叶突变体Cmyl-1，其叶绿素与类胡萝卜素含量显著降低，叶绿体结构异常，植株生长迟缓。遗传分析表明，该黄叶性状为单基因隐性遗传。通过基因定位，将候选区间锁定在11号染色体上两个CAPS标记之间的78.45 kb区域内。序列分析发现，突变体中基因MELO3C021959的启动子存在12 bp插入，同时外显子发生一处C→T碱基替换，导致脯氨酸变为亮氨酸。MELO3C021959被推测为候选基因，该基因编码一个定位于细胞质与叶绿体的P型PPR蛋白（CmPPR），同时也定位于细胞膜。在黄瓜中利用VIGS技术沉默CmPPR表达后出现黄叶表型，进一步证实了该基因是导致Cmyl-1表型的调控基因。转录组分析表明，Cmyl-1突变体中叶绿体相关基因表达整体下调。综上，本研究结果可为甜瓜遗传改良提供依据，并为阐明葫芦科作物叶色形成的分子机制提供参考。

每穗颖花数是决定水稻产量的关键性状，其形成受穗形态建成的调控——这是一个多基因协同控制的生物学过程，并与营养生长期植株地上部生物量的积累密切相关。本研究提出水稻颖花生产效率（spikelet production efficiency, SPE）的概念，将其定义为每穗分化的颖花数与颖花分化期单茎营养器官干物重的比值。通过对不同SPE的水稻品种进行比较分析发现，在高产群体条件下，SPE高的品种不仅能显著增强光合产物的生产供应，还能有效促进花后茎秆贮藏的非结构性碳水化合物向籽粒再转运。这种光合生产与物质转运的协同提升，促进了籽粒产量和收获指数的协同提高。本研究结果揭示，提高SPE对于进一步释放水稻产量潜力具有重要作用，尤其在高产群体条件下，可成为提高收获指数的有效途径。因此，提高SPE不仅可作为超级稻育种的关键指标，也为实现水稻高产高效的协同提供了新的调控策略。

新疆干旱灌溉棉区的棉花生产正面临气候变化引起的水热条件改变的日益严峻的挑战，需要对品种选择、播种时间以及水氮管理进行调整。然而，多数研究集中于单一因素，对品种–播种–水氮管理的综合评估有限。为了评估未来气候条件下灌溉与氮肥管理的综合效应，本研究利用经过本地校准的APSIM-Cotton模型，驱动两个CMIP6情景（SSP2-4.5, SSP5-8.5），在阿拉尔和石河子两个代表性灌溉站点进行模拟。实验设计包括五种熟期类型、八个播种日期（3月31日至5月5日）、五个灌溉阈值（田间持水量的55–75%）以及五个随水施肥水平（每次灌溉10–18 kg N ha⁻⊃1;）。通过多目标NSGA-III优化算法，识别了产量、水分利用效率（WUE）和氮肥利用效率（NUE）的最佳组合，并将优化策略推广至新疆全区。最优策略一致倾向于晚熟品种搭配四月初播种、高灌溉阈值（0.65–0.75 FC）以及相对较高的单次随水施肥量（14–18 kg N ha⁻⊃1;），这种模式在不同时期和两种情景下均表现稳健。与以往田间研究中报道的常规水氮管理相比，在基准气候下，这些最优组合可使产量提高32%以上，水分利用效率提高21%以上，氮肥利用效率提高38%以上。相对于基准气候期（1981–2010），在未来情景下，这些策略使产量提升超过10%，水分利用效率提升超过14%，氮肥利用效率提升超过21%。进一步的区域模拟揭示，南疆在提升水分利用效率方面潜力更大，而北疆在提高氮肥利用效率方面更具优势。这些发现突显了播种时间与水氮管理之间的协同效应，是在未来气候条件下稳定产量和提高资源利用效率的关键途径，为新疆发展高产高效棉花系统提供了科学依据，也为全球类似干旱地区的气候适应性管理提供了参考。

镰刀菌（Fusarium spp.）引发的小麦赤霉病和茎基腐病严重威胁全球粮食安全，开发绿色可持续的防控策略迫在眉睫。本研究从我国7省12市的多样化农业生态系统中分离出50株聚孢霉属（Clonostachys）真菌，系统评估了其对镰刀菌病害的防控潜力及作用机制。研究发现，产孢能力而非菌丝生长速度，是预测聚孢霉菌株抑制禾谷镰刀菌有性生殖的关键指标，为高效生防菌株的快速筛选提供了新依据。供试的多数优良菌株在实验室及田间条件下，均能有效抑制秸秆上子囊壳的形成。以粉红聚孢霉（C. rosea）CanS41为代表的部分菌株，表现出显著的重寄生能力：其菌丝侵入子囊壳壁，破坏子囊及子囊孢子发育，将病原菌子囊壳转化为自身产孢载体。转录组分析证实，受寄生的禾谷镰刀菌激活了膜转运及DNA损伤修复等应激通路，表明其细胞膜完整性受损并面临基因毒性胁迫。此外，翠绿聚孢霉（C. chloroleuca）Cc878等优良菌株展现了“双重保护”的综合优势。分生孢子浸种处理显示，此类菌株不仅有效防控茎基腐病，对小麦根腐病和全蚀病亦具广谱防效。显微观察证实，它们能定殖于小麦根内细胞间隙，建立稳定的内生关系；转录组分析进一步揭示，该定殖过程激活了MAPK信号通路和苯丙烷代谢途径，诱导植株进入免疫“警戒”状态。这种“根际定殖 - 系统免疫”模式赋予小麦系统性抗性，田间试验表明，无论接种时序如何，赤霉病病情指数均显著降低。全基因组测序发现，Cc878富含碳水化合物活性酶、分泌蛋白及次级代谢产物合成基因簇，为其复杂的生防机制奠定了遗传基础。本研究筛选出一批兼具高繁殖力与广谱防效的优良聚孢霉菌株，并揭示了一种集“源头减菌”与“免疫诱抗”于一体的双效防控策略。该策略突破了传统生防菌单一作用模式的局限：一方面靶向病原菌有性生殖关键环节以降低初始菌源，另一方面借助内生定殖激发寄主自身防御，实现了对地上部穗害和土传根病的全方位保护。研究成果为小麦镰刀菌病害的绿色防控提供了坚实的理论依据与核心生防资源，具有重要的科学价值与广阔的产业化应用前景。

氨氧化微生物（AOMs）在农田生态系统氮循环中发挥着关键作用，但其代谢功能与生态位分化机制尚不明确。本研究采用DNA稳定同位素探针（DNA-SIP）技术，对长期不同施肥制度土壤中驱动氨氧化的核心微生物类群进行了解析。结合DNA-SIP技术与靶向抑制剂（乙炔、辛伐他汀、1-辛炔），系统解析了历经数十年不同施肥处理的土壤中，氨氧化古菌（AOA）、氨氧化细菌（AOB）及全程氨氧化菌（comammox Nitrospira）的功能分化特征。结果表明，施肥土壤中AOB（主要为Nitrosospira cluster 3a）占据绝对功能优势，驱动了超过85%的自养硝化活性。相比之下，AOA的显著活性仅存在于不施肥（CK）和单施矿质氮肥（N）的土壤中。值得注意的是，全程氨氧化菌未检出明显的标记DNA，表明其对土壤硝化活性的贡献可忽略。抑制剂试验发现，1-辛炔不仅显著抑制AOB活性（抑制率61.9–88.9%），对AOA也产生显著抑制（最高达42.7%），这一发现挑战了其作为AOB特异性抑制剂的既有认知；辛伐他汀则优先抑制全程氨氧化菌clade B。高通量测序进一步明确Nitrososphaera（AOA）和Nitrosospira cluster 3a（AOB）为活性硝化功能类群。综上，本研究质疑了全程氨氧化菌在农业生态系统中具有普遍代谢优势的假设，揭示长期施肥通过高铵有效性驱动微生物类群筛选，重塑土壤硝化微生物网络，最终促使AOB成为硝化过程的竞争优势类群。研究结果为精准氮素管理、减缓环境风险提供了分子层面的理论依据。

本研究探讨了轻干湿交替灌溉(WMD)对水稻产量和甲烷(CH₄)排放的影响及其内在机制。以常规灌溉为对照，于大田条件下种植高产杂交稻，从移栽至成熟进行全生育期观察。结果表明，WMD处理显著提高了水稻产量，同时减少了CH₄排放。尽管与对照相比，WMD处理下氧化亚氮(N₂O)排放略有增加，但CH₄减排在降低全球增温潜势(GWP)和温室气体强度(GHGI)方面的效益，完全抵消了N₂O增加带来的不利影响。WMD处理下，根系内源油菜素甾醇(BRs)水平升高，通过抗坏血酸-谷胱甘肽循环途径增强了抗氧化防御能力，降低了活性氧积累，从而在维持根系活力的同时抑制了通气组织形成，最终限制了CH₄的传输通道。此外，根系内源BRs水平升高通过直接或间接抑制mcrA基因丰度来抑制CH₄产生，同时通过富含特定有机酸的根际分泌物刺激pmoA基因丰度，促进了水稻土中CH₄的氧化。在WMD处理下，BR诱导的根系活力提升显著增强了光合能力，形成促进同化物积累的正反馈；同时，WMD促进了同化物从营养器官向籽粒的分配，共同提高了水稻产量。综上，WMD措施通过刺激根系BRs的生物合成，能够在保持水稻高产的同时，有效减少稻田CH₄排放、GWP和GHGI。

在长期自然选择与人工选择双重压力下，不同绵羊群体表现出脂尾、瘦尾和脂臀等三类主要尾型特征。然而，目前关于尾型遗传机制研究多集中于单一基因或单一性状维度，缺乏系统性解析。本研究基于高深度全基因组重测序数据，对中国绵羊23个群体从尾的有无、尾长变异与尾脂沉积三个角度开展针对性分析，通过整合全基因组选择信号分析、精准定位以及扩群验证，鉴定到与尾形成相关TBXT（C/A）、与尾长调控相关 HOXB13（C/G），以及与尾部脂肪沉积相关 PDGFD（G/A）的非同义突变，这些位点的优势单倍型组合C-G-G、C-C-G、A-A、C-G-A 和 C-C-A分别在长细尾、短细尾、脂臀、长脂尾和短脂尾群体中显著富集。此外，功能验证结果表明，PDGFD基因在调控细胞增殖与脂肪分化平衡过程中发挥重要作用。这些结果加深了我们对多基因协同调控绵羊尾型变异遗传机制的理解，并为绵羊尾型遗传改良和分子设计育种提供关键靶点。

黄大茶多糖（LYPS）已被证实具有抗氧化、调节脂质代谢及降血糖等多种生物活性。然而，其在胃肠道的消化特性及潜在益生功能尚不明确。因此，本研究系统比较了传统热水提取（LYPS-W）与超声波辅助提取（LYPS-U）对LYPS结构特征及体外发酵特性的影响，并评价其潜在的益生活性。研究结果显示，超声波提取显著改变了LYPS的结构特征，LYPS-U具有更低的分子量、更高的半乳糖醛酸含量以及更为均一的形态。LYPS-W和LYPS-U均能抵抗上消化道消化，并被肠道菌群有效发酵利用。与LYPS-W相比，LYPS-U表现出更优的发酵性能，显著提升了短链脂肪酸（SCFAs）的生成水平，尤其是乙酸和丙酸。16S rRNA测序结果表明，两种多糖均可促进拟杆菌属（Bacteroides）、普雷沃氏菌科_UCG-001（Prevotellaceae_UCG-001）及考拉杆菌属（Phascolarctobacterium）等产酸有益菌的富集，同时抑制假单胞菌属（Pseudomonas）等潜在有害菌的增殖。因此，超声波辅助提取能够优化LYPS的结构特性，并增强其微生物发酵能力与益生潜力。这些研究为超声加工技术在开发基于茶多糖的靶向肠道功能食品中的应用提供了理论依据。

基因组选择（GS）是加速动植物遗传改良最有效的方法之一，但其应用效率在很大程度上依赖于训练群体规模。然而，构建大规模训练群体通常耗时且成本较高。另一种可行策略是整合来自不同育种场或公司的多个群体开展联合 GS，但这一过程长期受限于数据安全问题以及缺乏可用于安全协同分析的公共平台。本研究开发了 HEGS（Homomorphic Encryption Genomic Selection）开源平台，用于跨机构隐私保护联合 GS，理论上可适用于所有二倍体物种。HEGS 利用同态加密技术在不暴露原始数据的前提下直接对密文数据进行基因组分析，并将加密分析框架由初始的基因组最佳线性无偏预测（GBLUP）扩展至常规最佳线性无偏预测（BLUP）和单步 GBLUP（ssGBLUP），从而拓展了其在不同育种评估场景中的适用性。为验证平台实用性，我们构建了一个大规模加密猪数据集，包含杜洛克、大白、长白和皮特兰 4 个品种、36 个经济性状、180 个预加密数据集以及 58 万余条表型记录，可在不暴露原始数据的情况下直接开展联合分析。基于模拟数据和真实数据的结果表明，HEGS 能够有效实现同态加密条件下的 GS。模型拟合后，HEGS 可为缺少表型记录的基因分型候选个体输出基因组估计育种值（GEBVs），从而支持无需额外表型测定的高效选择。总体而言，HEGS 为动物育种中的跨机构隐私保护协作提供了可部署、可扩展的开源解决方案。

平均日增重（ADG）是生猪生产中衡量生长性能与生产效率的关键指标。尽管GBLUP、ssGBLUP等基因组预测工具已在育种中广泛应用，但其推广仍受基因分型成本与数据可得性限制。为提供一种实用且经济高效的基因组评估补充方案，本研究构建了基于机器学习的表型预测框架，利用生产中常规记录的早期生长与管理变量对约克夏猪ADG进行预测与解释。研究整理了2020年2月至2024年4月期间在标准化饲养条件下获得的12,079头约克夏猪生产记录，经质量控制后，训练并比较15种机器学习算法，采用均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、平均绝对百分比误差（MAPE）和决定系数（R⊃2;）对模型性能进行综合评估。模型可解释性采用SHapley Additive exPlanations（SHAP）方法进行特征归因分析，并引入独立外部群体开展验证以检验泛化能力。结果表明，CatBoost模型在内部与外部验证中均取得较为理想且稳定的预测表现，显示出良好的稳健性与泛化能力。SHAP分析进一步剖析了各早期特征对ADG预测的贡献，识别出与ADG预测显著相关且具有生物学意义的关键预测特征，为生产管理优化与育种决策提供了可解释依据。为促进成果落地应用，本研究进一步开发了用户友好的Web应用程序，实现ADG的实时预测与解释可视化。综上，常规采集的表型与管理数据可通过机器学习实现对约克夏猪ADG的准确预测，并结合SHAP提供可解释的特征贡献分析，为生猪养殖系统的精细化管理与生产效率提升提供了一种低成本、可推广的数据驱动工具。本研究基于生产一线可获得的早期表型与管理数据，系统比较多种机器学习模型，并结合外部独立验证与SHAP可解释性归因，将表现较优的模型以Web端工具形式部署，实现ADG的可解释预测与可部署应用。