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。

花生（Arachis hypogaea L.）是全球重要的经济作物，在世界农业生产与经济发展中具有重要地位。开花期低温是限制高海拔和高纬度地区花生产量的重因素。尽管目前对植物营养生长阶段低温响应机制的研究已取得较多进展，但生殖生长阶段对低温胁迫的分子响应机制仍有待深入解析。为阐明低温如何影响花药功能及花粉育性，本研究在人工控制低温条件下，对耐低温基因型NH5和低温敏感基因型NH9进行了比较研究。结果表明，低温显著抑制花生生殖发育，表现为果针和荚果形成减少、花器官形态异常以及花粉活力下降。耐低温基因型NH5的产量损失和花粉损伤程度明显低于敏感基因型NH9，表明低温主要通过降低花粉质量进而影响花生产量形成。进一步的多组学分析共鉴定到20,928个差异表达基因和1,613种差异代谢物，这些差异分子显著富集于碳水化合物代谢、糖酵解以及三羧酸循环（TCA cycle）等代谢通路，表明低温敏感基因型花药中发生了显著的代谢重编程。重要的是，低温胁迫在敏感基因型中诱导脱落酸（ABA）显著积累，进而抑制关键糖代谢酶（BAM、INV、HXK、PK和CS）的活性，限制了花粉的己糖利用率。进一步实验表明，外源ABA处理会加剧花粉败育，而通过化学方法抑制ABA生物合成则能够在低温条件下恢复花粉育性并恢复碳代谢过程。综上，本研究表明ABA通过限制花生花药中糖的利用，作为生殖阶段低温耐受性的关键负调控因子发挥作用。本研究为揭示花生花器官低温适应过程中ABA与糖代谢协同调控机制提供了新的理论认识，并为培育耐低温花生品种提供了重要理论依据。

稻曲病是由稻曲病菌（Ustilaginoidea virens）侵染水稻穗部所引起的重要真菌病害，严重威胁我国粮食安全生产。作为活体营养型病原菌，稻曲病菌依赖宿主营养完成侵染过程，但其利用的营养类型及相应的劫持机制尚不明确。本研究揭示了一种稻曲病菌致病新策略：该菌通过增强自身海藻糖分解能力，劫持宿主来源的海藻糖。海藻糖是植物逆境响应相关的二糖，在干旱、高温及病原侵染等条件下显著积累，近年被证实为病原菌菌—植物互作中的重要信号分子。本研究发现，稻曲病菌中海藻糖劫持能力依赖于两个功能分化的海藻糖酶基因：UvNTH（中性海藻糖酶）与UvATH（酸性海藻糖酶）。基因敲除与回补实验表明二者功能分工明确，UvNTH主要负责胞外海藻糖利用、营养生长及无性产孢；UvATH则特异性调控气生菌丝发育，对胞外海藻糖利用无显著影响。致病性分析显示，ΔUvNTH突变体虽能正常定殖于宿主组织，却完全丧失形成成熟稻曲球的能力。该表型将稻曲病菌的定殖过程与稻曲球成球症状解耦，证明UvNTH非定殖侵染所必需，而是稻曲球形成的特异性毒力开关。进一步分析表明，UvNTH还显著调控稻曲病菌厚垣孢子的形成和萌发。作为稻曲病的初侵染源，厚垣孢子的形成数量与萌发率在ΔUvNTH突变体中显著下降，表明UvNTH同时控制病害的发生与流行潜力。综上所述，本研究发现UvNTH兼具代谢酶与双功能调控因子的双重角色，既是海藻糖代谢的核心酶，又是协同调控致病力与初侵染源增殖的关键蛋白。该发现为解析稻曲病菌致病机制提供了新视角，也为稻曲病的绿色防控提供了理想靶点。

高粱（Sorghum bicolor L. Moench）对保障全球粮食安全具有重要意义，然而其基因组资源的挖掘与利用尚不充分，制约了遗传改良进程。为填补这一空白，本研究利用1025份全球代表性高粱种质的全基因组重测序数据，开发了一款包含47040个SNP的高通量靶向测序基因分型液相芯片——SbGBST47K。该芯片整合了45506个全基因组背景SNP、1278个酿酒高粱特异性诊断标记以及268个已报道的农艺性状关联位点，可兼顾检测通量与成本效益，实现高分辨率基因分型。利用该芯片对434份高粱种质进行基因分型，揭示了其群体遗传结构可划分为四大类群（国外群体、中国北方群体、中国南方群体及中国西南群体）。针对8个农艺性状的全基因组关联分析共检测到160个显著关联SNP，并鉴定出多个基因组热点区域，包括控制籽粒颜色与单宁含量的1号和2号染色体、调控株高的7号染色体以及参与淀粉代谢的10号染色体。对Wx和Tan2基因的单倍型分析表明，其单倍型分布模式反映了不同地区对高粱用途的偏好。此外，在4号染色体上定位到一个控制籽粒颜色的主效位点，并预测到了关键候选基因。SbGBST47K平台的建立将有效推动功能基因组学与精准育种的深度融合，加速多用途高粱品种的选育进程。

大麦（Hordeum vulgare L.）是全球重要的禾谷类作物，正日益受到气候多变性和农业需求变化带来的挑战。穗部形态是决定产量潜力的关键因素，但其遗传基础尚未得到充分解析。本研究利用包含214个澳大利亚优良大麦种质资源的OzBarley群体，整合高密度标记（65,465个SNPs）和多环境表型数据，对六个穗部性状的遗传结构进行了解析，包括芒长（AL）、单穗粒数（GNS）、穗密度（SD）、穗长（SL）、单穗小穗数（SNS）和结实率（SSR）。全基因组关联分析鉴定出27个稳定的数量性状基因座（QTLs），分布于6条染色体上，可解释最高达22.52%的表型变异。高遗传力估计值（49.02%-93.54%）和性状间强相关性（r=0.33-0.89, P<0.001）表明这些性状受稳定的遗传调控。基于单倍型的分析重点解析了两个主效位点：QAL.Murdoch.7H.1和QGNS/SD/SNS.Murdoch.4H.1。在QAL.Murdoch.7H.1中，基因HORVU.MOREX.r3.7HG0720710的一个错义突变（Lys372Asn）与芒长抑制相关；而在QGNS/SD/SNS.Murdoch.4H.1中，基因HORVU.MOREX.r3.4HG0336810的非同义突变（Ala127Thr）与增加小穗数和粒数相关。纵向分析显示，优势单倍型QGNS/SD/SNS.Murdoch.4H.1-Hap002和QAL.Murdoch.7H.1-Hap004经历了定向选择，其在现代澳大利亚栽培品种中的频率显著上升。相反，20世纪90年代引入的不利单倍型在后续育种中被反向选择，凸显了育种策略的精细化。本研究为大麦穗部形态的遗传调控提供了关键见解，从而将基因组发现与育种应用联系起来。OzBarley群体可作为加速标记辅助选择的宝贵基因组资源，促进培育适应未来农业需求的高产大麦品种。

Blue light enhances anthocyanin accumulation in grape berries, yet the molecular mechanisms underlying this photoreceptor-mediated process remain partially elucidated. ‘Kyoho’ grapevines were subjected to various light treatments, including monochromatic blue and red light (blue, red, or white) and mixed red-blue light treatments before fruit coloration. Anthocyanin content, transcriptome profiles, and gene expression were analyzed. Blue light most effectively promoted anthocyanin biosynthesis and upregulated structural genes (VvCHS, VvUFGT, VvANS) and the photoreceptor gene (VvCRY2) expression, whose expression was strongly correlated with anthocyanin accumulation. VvCRY2 physically interacts with the E3 ubiquitin ligase VvCOP1, repressing its activity under blue light. VvCOP1 interacts with transcription factors VvHY5 and VvMYBA1 in darkness, suppressing anthocyanin synthesis. Overexpression of VvCRY2 or VvHY5 enhanced anthocyanin accumulation in transgenic grape calli and strawberry fruits under blue light. VvHY5 directly binds to G-box elements in promoters of VvMYBA1, VvCHS, VvUFGT and VvANS, activating their expression via dual-luciferase assay. We propose a mechanistic model wherein blue light-activated VvCRY2 inhibits VvCOP1, releasing VvHY5 to transcriptionally activate anthocyanin biosynthesis genes. This study elucidates the VvCRY2-VvCOP1-VvHY5 module as a central regulatory axis for light-quality-mediated fruit coloration in grape.

TEOSINTE BRANCHED 1/CYCLOIDEA/PROLIFERATING CELL FACTOR（TCP）家族是植物特有的转录因子家族，调控开花转变等众多生长发育过程。然而，TCP 基因在梨开花调控中的功能尚未明确。本研究鉴定到一个与梨开花相关的转录因子 PbTCP2，其编码产物为典型核定位蛋白，且无自激活活性。拟南芥异源过表达实验证实，PbTCP2 具有促进开花的生物学功能：与野生型相比，PbTCP2 过表达株系中开花促进因子转录水平显著升高，而开花抑制因子 PbSVP（SHORT VEGETATIVE PHASE）等转录水平显著下调。酵母单杂交（Y1H）和电泳迁移率变动分析（EMSA）证实，PbTCP2 蛋白可直接结合 PbSVP 启动子；双荧光素酶报告实验（LUC）进一步验证其对PbSVP的转录抑制活性。此外，酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）及pull-down实验表明，PbTCP4 与 PbTCP2 存在物理相互作用；且 PbTCP4 通过与 PbTCP2 形成复合体，可协同增强后者对 PbSVP 的转录抑制效应，该结论得到LUC 和 GUS 染色实验的佐证。同时，PbTCP4 拟南芥过表达株系也表现出早花表型。综上，本研究揭示了梨中 TCP4-TCP2 复合体通过调控 PbSVP 转录进而调控开花的分子机制，为解析多年生作物开花调控机理提供了新视角。

茄子（Solanum melongena L.）果实形状的变异类型丰富，是研究果实形状变异的理想模式作物。茄子果实形状不仅影响消费者偏好，还在商品品种划分与种质资源分类中发挥重要作用。尽管果实形状意义重大，但现有分类体系主要是定性描述，缺乏量化标准，且不同国家或地区的分类体系存在差异，无法全面涵盖茄子果实形状的丰富变异类型。本研究基于基尼指数的变量筛选方法，利用决策树模型，将茄子果实形状划分为13个类别，筛选出 10 个对果实形状起决定性作用的关键性状指标，并建立了分类准确率达 92.59% 的判别规则。同时，本研究还采用随机森林、极端梯度提升模型（XGBoost）、支持向量机模型（SVM）、K均值聚类及高斯混合模型（GMM）这 5 种方法进行果实形状分类。结果表明，这些方法的分类稳健性均低于决策树模型。果实形状分类模型为数量性状位点测序（QTL-seq）和全基因组关联分析（GWAS）提供了关键果形指标。通过两种技术联合检测，共鉴定出 4 个调控果实形状指数（FSI）和近端微夹角（PAMi）的数量性状位点（QTL）。本研究将候选基因 SmFSI3.1/SmFL（属于SUN/IQD 蛋白家族）在番茄中进行过表达验证。结果表明，在番茄中过表达SmFSI3.1/SmFL导致果实变长，表明该基因在调控茄子果实伸长过程中发挥正向作用。综上，本研究建立了一套精准且可重复的茄子果实形状分类模型，该模型对茄子育种实践与品种分类具有重要指导意义。同时，本研究明确了fsi3.1/fl3.1位点的候选基因功能，为解析茄子果实形状的遗传调控机制奠定了理论基础。

小斑病（southern leaf blight）是威胁玉米生产的主要病害之一。基因组选择是复杂性状预测和改良的有效手段，利用功能信息明确的少量SNP标记进行表型预测，可降低成本和提升模型的生物学可解释性。本研究构建包含2108份多样性玉米自交系的关联群体，采用多模型全基因组关联分析框架，鉴定出325个与小斑病抗性显著关联的QTN及83个候选基因。这些候选基因功能显著富集于植物免疫应答通路，包含了已知的玉米抗病基因ChSK1与ZmMM1。新发现的抗病候选基因ZmCNGC2和ZmAGC1.8等，其优异等位基因主要富集于热带种质等特定亚群，而在其他亚群中尚未得到充分利用，显示出巨大的遗传改良潜力。针对以上候选基因，建立83个标签SNP的全基因组选择标记集。在交叉验证和独立验证中，该标签SNP标记集展示出与完整的全基因组标记相当的预测精度。本研究解析了玉米小斑病抗性的遗传结构，并为玉米抗病育种提供了可应用的分子标记。

长江流域半夏鲜食糯玉米在籽粒灌浆期常遭受高温干旱，导致减产和品质变劣。本研究探讨了施肥和外源调节剂对半夏鲜食糯玉米产量和品质的综合影响。采用双因素田间试验，设两种施肥处理（常规复合肥（CCF）和氨基酸复合肥（AACF））和两种植物生长调节剂（6-苄氨基嘌呤（6-BA）和24-表油菜素内酯（BR）），以及四种联合处理（CCF+6-BA、CCF+BR、AACF+6-BA 和 AACF+BR）。与对照（不施肥和不施外源调节剂）相比，施肥显著提高了鲜百粒重（HKW）、可溶性糖含量（SSC）、淀粉含量（SC）、蛋白质含量（PC）和糊化焓（∆H_gel），同时降低了平均淀粉粒径（ASGS）、相对结晶度（RC）、峰值粘度（PV）和回复值（SB）。AACF 的提升效果优于 CCF，使SYN5和SYN11的SC分别提高了 9.2% 和 13.4%。外源 6-BA 和 BR 处理显著提高了 SSC 和 SC，同时降低了 PC、ASGS 和 RC。BR 稳定地提高了∆H_gel，并降低回生值（SYN5 降低 5.1%，SYN11 降低 9.9%）。然而，6-BA 和 BR 对PV和崩解值的影响因品种而异。主成分分析表明，施肥和调节剂的联合处理对产量和籽粒品质的改善效果优于单因素处理，其中AACF+BR 的效果最显著。这些结果表明，在半夏气候条件下，氨基酸复合肥与 24-表油菜素内酯结合使用是稳定鲜食糯玉米品质的有效策略。

全球气候变化导致黄淮海地区夏玉米花期高温干旱复合胁迫频发，严重制约了玉米生产。尽管高温或干旱胁迫的效应已有广泛报道，但复合胁迫对玉米花丝功能的影响及其生理机制仍不明确。本研究通过为期两年的大田控温试验（处理时期为第10叶期至吐丝期），结合生理生化指标测定与转录组学分析，系统探讨了高温干旱复合胁迫对玉米花丝功能的影响。结果表明，与对照、高温及干旱处理相比，复合胁迫下玉米结实率分别显著下降了56.7%、52.4%和34.1%。结实率的下降主要归因于花丝未吐出及已吐出花丝活力降低导致的小花败育率增加。活性氧积累降低了花丝活力。转录组分析揭示，复合胁迫影响了蔗糖代谢和木质素生物合成途径，导致葡萄糖、果糖及木质素含量降低。在高温、干旱及复合胁迫下，过氧化物酶活性分别下降了32.5%、38.7%和46.1%，木质素含量分别下降了24.4%、34.4%和44.3%。相反，苯丙氨酸解氨酶和肉桂醇脱氢酶活性在胁迫下升高，且在复合胁迫下上调最为显著。研究表明，高温干旱复合胁迫通过促进蔗糖与活性氧积累、降低木质素含量，显著降低了已吐出花丝的活力，从而加剧小花败育并导致产量损失。这些结果表明，干旱和高温对玉米的影响存在协同作用。

布鲁氏菌病（Brucellosis）是一种严重威胁全球公共卫生的人兽共患病，其主要由牛种布鲁氏菌（B. abortus）、羊种布鲁氏菌（B. melitensis）和猪种布鲁氏菌（B. suis）引起，这些病原体可在牲畜与野生动物宿主中持续存在，形成地方性流行。尽管已实施数十年防控措施，如疫苗接种、检测-扑杀以及生物安全规范，但人间与动物间病例的持续发生，仍暴露出现有诊断与干预策略的局限性。基于CRISPR的诊断技术正成为一种变革性工具，能够实现快速、超灵敏且适用于现场的病原体检测。本研究介绍了一种创新的CRISPR/Cas13a平台—BOVDS（羊种/牛种/猪种布鲁氏菌-其他病原体-疫苗检测与鉴别系统）。该系统集成了高灵敏度（检测限达10拷贝/微升）、对10种主要致流产病原体的广泛筛查能力，以及精准的菌株鉴别功能，从而应对布鲁氏菌诊断中的关键挑战。通过引入错配间隔区设计，BOVDS能够在羊种、牛种和猪种布鲁氏菌基因组高度保守的情况下，实现可靠区分。此外，该平台还可准确鉴别疫苗株与野生型菌株，填补了疫苗接种监测与流行病学调查中的重要空白。BOVDS兼具实验室级的准确性与现场应用的实用性，有助于推动实时疫情管理、精准扑杀和环境净化，从而支持“同一健康”倡议，促进布鲁氏菌病的可持续防控。该系统为下一代人兽共患病诊断设立了新标杆，在全球公共卫生和兽医健康领域具有潜在的应用前景。

在全球气候变化背景下，大气CO₂浓度升高对农田生态系统氮循环带来严峻挑战。本研究通过为期三年（2019-2022年）的小麦盆栽试验，揭示了生物炭在CO₂浓度升高条件下调控土壤氮转化与植物氮获取的机制。结合¹⁵N同位素示踪与宏基因组测序技术，我们分析了两种CO₂浓度（正常CO₂浓度: 400 μmol mol⁻⊃1;，高CO₂浓度: 600 μmol mol⁻⊃1;）与添加2%（质量分数）生物炭之间的交互效应。结果表明，在CO₂浓度升高条件下，施用生物炭使肥料来源氮在重组有机氮中的储存降低39.4%，同时使土壤来源氮在轻组有机氮中的含量提高34.0%。此外，生物炭促进了微团聚体（<0.25 mm）和颗粒有机氮的形成，增幅分别为37.3%和13.2%。宏基因组分析表明，在CO₂浓度升高条件下，生物炭抑制了在正常CO₂条件下上调的氮循环关键基因（包括同化、硝化和硝酸盐还原）的相对丰度。上述物理化学过程与微生物调控共同作用，导致土壤NO₃⁻-N积累量降低52.6%，并显著提高了植株地上部的氮吸收。结构方程模型进一步表明，生物炭能够抵消CO₂浓度升高对微团聚体稳定性和氮循环基因丰度的负面影响。在这种协同作用下，生物炭在CO₂浓度升高条件下使肥料氮与土壤氮的吸收分别提升了30.8%和111.4%，进而促使籽粒氮积累量增加55.4%。本研究表明，生物炭作为一种有效的土壤改良剂，可通过将氮从惰性库向活性库再分配、增强氮的生物有效性，缓解CO₂浓度升高引起的氮限制，从而为未来农业生态系统中作物生产力的维持提供支持。

棉花（Gossypium hirsutum L.）是全球重要的经济、油料及饲料作物，其产量稳定性面临严峻挑战。提升光合效率是棉花遗传改良与高产栽培领域亟待解决的核心科学问题。本研究鉴定到一个响应油菜素内酯（brassinosteroid, BR）信号的碱性螺旋-环-螺旋（basic helix-loop-helix, bHLH）转录因子GhPAS1，以两个独立过表达系（OE-1、OE-2）及野生型ZM24为材料，开展基因功能鉴定。两年田间试验表明，GhPAS1过表达的影响在两个生长季稳定一致：过表达系气孔密度较野生型提高27.9–67.6%、气孔大小降低9.1–26.7%，优化后的气孔结构显著提升过表达株系的叶片净光合速率13.1–28.0%。同时，过表达株系的叶面积指数、冠层光截获效率及冠层光合速率分别提升36.5~78.8%、5.8~9.5%、24.1~38.5%，进而促进地上部生物量较野生型增加50.1–78.8%、产量增加21.6~53.6%。分子机制表明，GhPAS1与BR信号组分（BA13、BRI1）及光响应因子PRE6互作，整合信号调控气孔发育与冠层建成。综上，GhPAS1通过稳定调控气孔与冠层特性，提升光合效率，促进产量形成，是棉花光合与产量改良的关键功能基因。

本研究选取了来自不同群系的20份苦荞种质，并系统评估了其未成熟合子胚的原胚细胞复合体（PECCs）诱导和增殖能力，从而筛选出了具有卓越的PECCs诱导和增殖能力的种质G253。基于G253的形态发生愈伤（MC），成功建立了一个稳定的农杆菌介导的遗传转化平台，获得的愈伤转化系中T-DNA整合的阳性率超过90%，并通过PECCs再生体系获得了转基因植株。此外，还基于苦荞MC开发了一个高效的原生质体瞬时转化系统。本研究为克服苦荞遗传转化的瓶颈、加速其分子育种进程提供了关键的种质资源和技术平台。

黑色素是一类广泛分布于生物体内的色素。硬粒小麦 (Triticum turgidum L. var. durum Desf.) 品种 Ofanto (Oft) 抽穗后麦芒逐渐由绿色变为黑色。利用Oft与黄芒硬粒小麦 Langdon 构建的 F₂ 群体进行遗传分析表明，Oft 黑芒性状由一个显性基因控制，将其命名为TdBa。利用集群分离分析法（BSA）和连锁分析，将该基因定位于染色体1AS 端粒与标记1AS4.38 之间，对应 Svevo RefSeq v1.0 约 4.38 Mb 物理区间。该区间包含 34 个注释基因，其中与水稻黑壳基因 OsBh4 和大麦黑壳/果皮基因 HvBlp 的同源基因 TRITD1Av1G000090，以及与水稻 PPO 编码基因 OsPhr1 的同源基因 TRITD1Av1G000270，是可能的两个候选基因。qRT-PCR 分析表明，TRITD1Av1G000090 在蜡熟期的芒中表达量显著升高，而 TRITD1Av1G000270 在乳熟期和蜡熟期表达量无显著差异。转基因实验进一步表明，TRITD1Av1G000090 是蜡熟期黑芒形成的关键基因。系统进化分析表明TdBa 可能起源于一粒小麦。

阐明气候因素与非气候因素对棉花产量变化的相对贡献，对于构建具有气候适应能力的棉花生产体系具有重要意义。本研究基于1990~2024年新疆县域尺度棉花产量统计数据及网格化气象数据，系统量化了气候变率对新疆棉花产量变化的影响，并在两种CMIP6气候情景（SSP2-4.5和SSP5-8.5）下评估了未来棉花产量的响应特征。研究采用随机森林模型和面板回归方法，分离气候因素与非气候因素对产量变化的贡献，并刻画气候和产量关系的非线性特征。结果表明，气候变率平均解释了约三分之一的新疆棉花产量年际变化，而长期产量增长主要由非气候因素驱动。气候影响在空间上表现出显著异质性，未来气候变暖预计将对南疆和东疆部分地区棉花生产产生促进作用，而约三分之一的植棉县区，主要位于北疆及高海拔区域，则可能受到不利气候影响。从区域整体来看，气候变化对棉花产量的净效应仍表现为正向影响，在SSP5-8.5情景下产量提升幅度更为明显。然而，这种总体增产趋势掩盖了县域尺度上显著的区域差异。在假设种植面积保持不变的条件下，到本世纪中叶，不利气候影响县域的总产量损失预计为24万~32万吨/年；到本世纪末，预计为28万~30万吨/年。综上，农艺技术进步和灌溉管理等非气候因素在维持棉花产量增长并缓冲不利气候影响方面发挥着关键作用。从政策层面看，应根据区域差异制定针对性的适应策略，在提升主要产区气候韧性的同时，优化未来气候变化背景下的棉花生产空间布局。

高效、省力的制种生产对杂交水稻至关重要。在制种过程中，需要割除剑叶以消除授粉障碍并提高水稻种子产量。然而，这一过程对劳动强度和操作技能要求极高，且不可避免地会对稻穗造成一定损伤。本研究通过对籼稻品系93-11进行⁶⁰Co-_γ辐射处理，创制出一个新型小剑叶突变体ym66。图位克隆分析表明，该现象是由GATA型转录因子OsGATA15中的插入突变所致。我们将ym66突变体与籼稻品系YHSM杂交，培育出优良的小剑叶恢复系NP27。在制种过程中，NP27在不割除剑叶的情况下，其种子产量并未降低。此外，其F₁代在株型和稻米品质方面均表现出优良性状。这些结果表明，这种OsGATA15基因的新型小剑叶等位变异能够有效简化水稻制种流程，在杂交水稻中具有良好的应用潜力。

竞争是驱动进化的基本动力，它塑造着物种的适应轨迹和生态动态。其中，种间竞争影响群落结构和生态位分化，而种内竞争则在功能发育和适应性进化中发挥关键作用。在农业生态系统中，病原体基因型之间的竞争及其与寄主体的互作，显著影响病原体毒力的进化。本研究通过单一和混合接种的室内实验，探究了导致马铃薯和番茄晚疫病的致病疫霉菌（Phytophthora infestans）的种内竞争，系统分析了基因型频率、遗传亲缘关系和遗传变异对病原传播和致病性的影响。结果表明，田间频率较高的菌株表现出更强的竞争能力；而共感染菌株间基因型复度越高、遗传距离越大，病害严重程度越高、潜伏期越短，这凸显了种内竞争在病原体进化和毒力塑造中的关键作用，对病害防控具有指导意义。研究进一步提出通过作物多样化、利用生防菌剂及调控微生物组等策略，以抑制高毒力菌株的进化，促进农业可持续反战。本研究融合了竞争互作的理论和实证依据，，为深入理解病原体进化机制及其生态效应提供了新的见解。

全球气温的持续升高以及极端高温事件的频发，对水稻生产构成了严峻挑战。挖掘耐热基因并培育耐热水稻品种，是应对这一问题的有效策略。本研究通过对酪蛋白水解酶（Clp）ATP酶基因家族的分析，鉴定出一个新型耐热基因OsClpI3。OsClpI3主要在叶片中表达，编码一个叶绿体定位蛋白，并在水稻的苗期和抽穗期均正向调控耐热性。OsClpI3具有ATP酶活性，而在敲除突变体中该活性显著降低。联合转录组和代谢组分析表明，OsClpI3通过维持高温条件下的光合电子传递效率及整体光合性能贡献于水稻耐热性。此外，OsClpI3的自然变异影响水稻耐热性，并且单倍型分析揭示了一种优良耐热单倍型Type4。这些结果不仅为阐明水稻耐热性的分子机制提供了新的见解，也为培育耐热水稻品种提供了宝贵的遗传资源。

哺乳动物呼肠孤病毒（MRVs）属于呼肠孤病毒科、正呼肠病毒属，是一种无囊膜、分节段的双链RNA病毒，能感染包括人类、猪和蝙蝠在内的多种哺乳动物，引起呼吸道和肠道症状，但MRVs在中国猪群中的流行情况和致病机制尚不清楚。本研究在分离猪流行性腹泻病毒（PEDV）过程中，获得一株MRVs流行毒株，经二代测序、电镜观察等试验，证实该毒株为MRV 3型，将其命名为MRV HN2019-01株。该毒株能在Vero、ST、LLC-PK、IPEC-J2、IPI和Hela细胞中复制，其中在Vero、ST和LLC-PK细胞中复制效率最高。全基因组测序及遗传进化分析结果表明，MRV HN2019-01毒株属于一个新型的重组呼肠孤病毒，与MRV2/117RNA、MRV2/CH/GX/PReoV/2435/2018、MRV3/ZJ2013及MRV3/BM-100株亲缘关系较近。随后对MRV HN2019-01在5日龄仔猪体内的致病性进行评估，结果显示该病毒可引起仔猪腹泻、肠绒毛及肠道屏障损伤。应用16sRNA测序分析仔猪肠道菌群，显示MRV HN2019-01感染可显著改变结肠微生物的结构组成。通过LC-MS/MS代谢组学分析仔猪肠道内容物，结果显示MRV HN2019-01感染仔猪导致肠道内糖类、胆汁酸、3-羟基-L-酪氨酰-AMP、短链脂肪酸这些代谢物质发生显著性改变。KEGG通路富集分析显示，MRV HN2019-01感染组与空白对照组在硫胺素代谢、蛋白质消化吸收以及氨基酸代谢（包括苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的生物合成）这些通路上有显著差异。本研究为MRV致病机制、疫苗研发提供了重要的理论基础。

减氮是提高作物氮素利用效率的有效策略，但往往导致单位面积穗数减少。增加种植密度可通过提高单位面积粒数来增强库容量。然而，减氮增密的组合策略能否维持或提高小麦产量，及其潜在的源库调控机制尚不清楚。本研究选用两个库特征不同的小麦品种——多穗型品种西农20（XN20）和大穗型品种兰考矮早8（LKAZ8），采用裂区试验设计，设置三个施氮水平和两个种植密度。结果表明，减氮增密的组合策略显著提高了地上部干物质量、籽粒产量和氮素利用效率。减氮使叶面积指数降低了1.61%–22.39%，而增加密度使叶面积指数提高了2.99%–14.13%，库容量提高了3.08%–27.58%，并优化了粒叶比。粒叶比与花后干物质积累量和氮素再转运量呈显著正相关。与常规氮肥和密度管理相比，减氮增密综合策略通过增强源供应能力、提高库容量并优化粒叶比来改善源库关系，进而促进了花后干物质积累和氮素再转运，加强了源供应与库需求之间的协调性。这些研究结果为揭示减氮增密条件下小麦源库关系的调控机制提供了新见解，也为实现小麦高产与氮高效协同达标提供了科学依据。