牛轮状病毒是引起犊牛腹泻的重要病原之一，且在特定情况下对公共卫生安全构成潜在威胁。已知该病毒至少包含13种P基因型与15种G基因型，其高度的遗传多样性为建立精准检测技术、获取可靠临床数据带来了巨大挑战。因此，深入解析牛轮状病毒的流行病学特征与基因组进化规律，对于制定科学有效的疫情防控策略具有至关重要的意义。本研究以2022-2023年间中国腹泻犊牛为研究对象，系统探究牛轮状病毒的流行规律、基因特征及进化机制。我们通过对全国15个省份的犊牛腹泻病料进行监测分析，结果显示牛轮状病毒总体阳性率达21.46%，且在流行过程中呈现出明显的季节特征与地理分布差异。为进一步明确病毒进化规律，我们对来源于不同国家和地区的VP4基因（决定P基因型）和VP7基因（决定G基因型）序列展开全面比对分析，鉴定出VP4基因的310-595 bp区域及VP7基因的260-631 bp区域，在不同基因型毒株中具有高度的序列特异性与进化关联性，可作为评估牛轮状病毒进化机制的精准靶标。系统进化分析结果表明，我国当前流行毒株以G6型与P[1]型为优势基因型，同时G10型、P[5]型和P[11]型等基因型分布广泛，反映出病毒基因型的丰富性与流行的广泛性。为深入探究病毒进化动态，我们进一步对CHN/HLJ/N3/2023/G10P [11] 毒株进行全基因组分析，发现了该毒株基因组存在属间重配，提示牛轮状病毒在基因组水平上持续进化，为理解病毒进化机制提供了依据。综上所述，本研究通过基因组监测与系统进化分析，揭示了2022-2023年我国牛轮状病毒的流行规律，明确了VP4及VP7基因中用于进化分析的精确靶标，鉴定出的具有重配特征的G10P[11]型毒株，为后续开展牛轮状病毒快速基因分型研究与病毒进化机制探索奠定了坚实的理论基础，为制定针对性防控策略提供重要的科学依据。

大豆是重要的粮油作物，土壤盐渍化是影响大豆生长发育的重要非生物胁迫因素之一。萌发期是大豆发育的关键阶段。本研究对165份大豆突变株系的萌发期耐盐性进行了评价，筛选出5份优异耐盐种质资源。全基因组关联分析（GWAS）鉴定出11个显著关联和44个潜在关联SNP位点，发现5个与耐盐性相关的新位点。对候选区域qtl5-1和qtl5-2分析，确定Glyma.05G097200和Glyma.05G240200(GmMACPF1)为候选基因，两个基因在耐盐和盐敏感基因型间表达模式不同。在拟南芥中过表达GmMACPF1降低耐盐性，而拟南芥macpf1突变体的耐盐性提高。GmMACPF1在大豆驯化过程中受到了选择，其单倍型Hap1和Hap3的大豆具有更强的耐盐性。以上结果表明GmMACPF1在萌发期负调控耐盐性，为解析大豆萌发期响应盐胁迫的分子机制提供了理论依据。

微生物残体碳(MNC) 对土壤有机碳(SOC) 的形成与稳定具有重要作用。尽管生物质炭施用能有效提升SOC固存，但其对稻田土壤剖面内MNC积累的影响仍不明确。本研究依托为期4年的田间试验，结合土壤剖面分层采样、微生物群落动态分析和生物标志物测定，系统探究生物质炭施用对稻田土壤剖面中三个土层(0–15、15–30和30–45 cm) MNC积累的影响。结果表明，与未施用生物质炭处理相比，生物质炭施用导致各土层MNC含量分别降低10.5% (0–15 cm)、7.5% (15–30 cm)和9.6% (30–45 cm)。在表层土壤 (0–15 cm) 中，生物质炭施用下MNC的下降由真菌和细菌残体碳的减少共同驱动；而在亚表层土壤(15–45 cm) 中，这一降低则主要归因于细菌残体碳的降低。进一步分析发现，生物质炭施用使土壤微生物生活史策略向K策略转变，并加剧微生物氮限制，进而降低土壤微生物生物量并提高氮获取胞外酶活性，因而导致MNC积累减少。本研究为揭示生物质炭施用下微生物介导的SOC动态提供了新的见解。

青藏高原草地的氮限制已经得到了充分的证实，这对未来气候变化情景下青藏高原草地植物生长和固碳潜力的预测具有重要影响。除了大气氮沉降，由于缺乏人工施肥和豆科植物，非共生固氮可能成为青藏高原高寒草地氮输入的关键途径。然而，非共生固氮对青藏高原氮输入的贡献鲜为人知。为填补这一知识空白，我们通过样带采样、DNA稳定性同位素探针、扩增子测序、随机森林算法建模和数字制图等多种方法，系统研究了青藏高原高寒草地固氮菌的群落组成、多样性及固氮活性。研究发现Skermanella和Mesorhizobium是最主要的固氮菌属，土壤pH值和全磷浓度是驱动其群落组成与多样性的主导因素。稳定性同位素探针技术揭示Mesorhizobium是活性最高的固氮菌。这些固氮菌潜在固氮速率的范围为0-18.1 kg N ha^-1 yr^-1，据此估算青藏高原高寒草地的年固氮量约为0.50 Tg，约占年氮输入总量的25%。影响非共生固氮速率的最关键因素是土壤微量元素钼，可解释其24.64%的变异。这些发现表明非共生固氮菌在维持青藏高原草地氮平衡中发挥着重要作用，并拓展了我们对Mesorhizobium属微生物超越传统共生关系的生态功能认知。

土壤有机碳动态对生态系统尤其是农业生态系统碳源-汇平衡起决定性作用。然而，目前尚不清楚哪种土地利用类型优化了不同土壤类型的农田碳储存，确定促进碳积累的土地管理措施对于减少农业碳排放和加强碳汇至关重要。本研究以云南东部亚热带高原2132个样点为研究对象，分析了5种土地利用方式（旱地、灌溉地、林地、草地、种植园）5种土壤类型（红壤、黄壤、黄棕壤、棕壤、紫色土）0-20 cm表层土壤的有机碳变化特征。研究土壤有机碳与土壤因子（26种元素）的关系，确定土壤有机碳的影响因素。研究区平均SOC含量为27.78 g kg^-1，空间异质性表现为东北地区高西南地区低。棕壤有机碳含量最高（P<0.05），其次是黄棕壤，随后依次为红壤、黄壤、紫色土。灌溉显著提高了土壤有机碳储量，特别是在棕壤中，灌溉地的有机碳含量分别是林地、草地和旱地的2.2倍、2.4倍和1.6倍。在紫色土、黄壤和黄棕壤中也出现了类似的灌溉效益，表明水分限制是土壤有机碳的主要限制因素。土壤有机碳与氮（N）、硫（S）、硒（Se）呈显著正相关。施氮具有增强土壤有机碳固存和促进作物硒富集的双重效益，对特色农业具有潜在的支持作用。尽管土地利用方式对土壤有机碳的影响因土壤类型而异（P>0.05），但灌溉始终是碳增汇的最佳管理方式。这些结果表明，有针对性的水分管理可以有效减少水分受限的亚热带高原地区农田碳排放。策略性施氮为土壤肥力和硒生物强化提供了协同效益，为类似生态区域的气候智能型农业提供了切实可行的途径。

2015年，中国实施了化肥使用量零增长行动方案。此后，针对化肥过量施用问题，研究重点主要集中在化肥减量有机替代方面，而对因前期过量施肥导致的土壤残留养分的持续供应能力关注相对不足。为进一步探究作物生产过程中土壤残留养分的转化动态与持续供应能力，本研究基于黄土高原旱地小麦种植区6年定位试验，系统分析了农户施肥（FF）、监控施肥（RF）、监控施肥缺氮（RF-N）、监控施肥缺磷（RF-P）及监控施肥缺钾（RF-K）5个处理下小麦产量形成、土壤氮磷钾组分变化及其稳定性特征，并分析了产量与养分动态之间的关系。研究结果表明，小麦产量对养分缺失的敏感性表现为N>P>K。在整个试验期间，不施氮处理（RF-N）的小麦平均产量较RF处理显著降低22.0%（P<0.05）。相应地，该处理下土壤矿质态氮、轻组有机氮（LFON）和重组有机氮（HFON）含量相较于试验初始土壤（2018年）及RF处理均呈逐步下降趋势；而可溶性有机氮（DON）与易氧化态有机氮（EON）因氮组分内部转化作用，呈现先下降后上升的变化特征。连续6年不施磷肥（RF-P）条件下，土壤中水溶态磷（H₂O-P）、碳酸氢钠态磷（NaHCO₃-P）和氢氧化钠态磷（NaOH-P）较RF处理分别降低了40.0%、51.5%和10.3%，而盐酸态磷（HCl-P）、残渣态磷（residual P）及总磷（total P）无显著变化。连续6年不施钾处理（RF-K）条件下，土壤水溶性钾（WSK）含量较RF处理下降10.9%，但交换态钾（EK）、非交换态钾（NEK）、矿物态钾（MK）及总钾（TK）均未发生显著变化。总体表明，土壤残留养分持续供应过程中，氮库的稳定性低于磷和钾。进一步分析发现，硝态氮（NO₃-N）与轻组有机氮（LFON）显著影响旱地小麦穗数与穗粒数，从而驱动产量形成。本研究深化了对土壤残留养分持续供应能力的理解，为旱地农业生态系统施肥策略优化提供了理论依据。

及时、准确地获取土壤养分信息对保障全球粮食安全和农业可持续发展至关重要。本研究利用中红外光谱（MIR）和便携式X射线荧光光谱（pXRF）两种近地传感技术，通过四种传感器融合策略：直接融合（DC）、基于稳定性竞争性自适应重加权采样（sCARS）和最小绝对收缩和选择算子（LASSO）算法的特征融合（sCARS-C、LASSO-C）、基于顺序正交偏最小二乘法（SO-PLS）算法的多模块融合和基于Granger-Ramanathan模型平均（GRA）算法的决策融合，以提升13种土壤属性的预测精度。研究结果表明：单一传感器模型（MIR或pXRF）可准确预测土壤有机质（SOM）、全氮（TN）、有效磷（AP）、钙（Ca）、铁（Fe）、锰（Mn）和pH（Rp²≥0.78, RPDp≥2.13），但对全钾（TK）、镁（Mg）、铜（Cu）、锌（Zn）、速效钾（AK）和全磷（TP）（Rp²≤0.75, RPDp≤1.99）的预测能力有限。DC模型显著提升了Mg（Rp²=0.76, RMSEp=358.76 mg kg^-1, RPDp=2.03）和TK（Rp²=0.75, RMSEp=775.96 mg kg^-1, RPDp=2.00）的预测精度。LASSO-C模型对AP、AK、TP、Zn、Mn和Cu的预测精度优于DC模型，其中AP（Rp²=0.89, RMSEp=21.37 mg kg^-1, RPDp=3.01）和Zn（Rp²=0.80, RMSEp=9.88 mg kg^-1, RPDp=2.32）为最优结果，这归因于LASSO算法有效地从MIR和pXRF全光谱数据中提取了特征变量，提高了预测精度。GRA模型对TP、pH、AK和Cu的预测精度最高，其Rp²值分别为0.80、0.82、0.82和0.65，RMSEp值分别为129.21 mg kg^-1、0.13、48.38 mg kg^-1和3.87 mg kg^-1，RPDp值分别为2.23、2.34、2.37和1.67。考虑到成本效益，推荐使用MIR光谱预测SOM、TN和Ca（Rp²≥0.88, RPDp≥2.87），使用pXRF光谱预测Ca、Fe和Mn（Rp²≥0.80, RPDp≥2.22）。因此，本研究证明了MIR与pXRF传感器融合在提升关键土壤养分预测精度的有效性，尤其对土壤有效养分和微量元素。

猪传染性胃肠炎病毒（Transmissible gastroenteritis virus, TGEV）是一种猪源肠道冠状病毒，长期以来对全球养猪业构成了严重威胁。然而，TGEV的生态学特征、进化历史及其跨区域传播格局仍缺乏系统认识。本研究旨在揭示TGEV的进化动力学与全球传播模式，从而为病毒的防控提供科学依据。

本研究收集了1952—2023年全球67条TGEV完整基因组，并通过系统发育分析、比较基因组学、重组检测、选择压力分析、单倍型网络构建及贝叶斯地理扩散模型，对TGEV的进化过程和传播路径进行了系统的研究。

研究结果显示，TGEV可划分为三种主要基因型：其一是具有洲际分布并呈现混合特征的GIa基因型；其二是主要分布于欧洲的GIb基因型；其三是仅限于美国的GII基因型。重组分析发现，GIa基因型的ORF1a与S基因区存在多次重组事件，这些基因变化可能推动了TGEV的进化。选择压力分析表明，S基因处于强烈的正选择作用之下，其中五个位点受到显著选择压力，提示宿主-病毒间的“进化军备竞赛”可能加速了TGEV的适应与多样化。单倍型网络分析发现，美国来源的毒株具有最高的遗传多样性，而中国毒株则以两个核心单倍型为主，并伴随多个紧密相关的小单倍型。贝叶斯地理扩散分析结果证实，中国在TGEV的全球传播中发挥了关键作用，并揭示了其传播至美国、越南等地的具体路径。

综上所述，本研究首次基于全球时间跨度超过70年的全基因组数据系统阐明了TGEV的进化历史和全球传播格局，揭示了重组与宿主-病毒相互作用在其适应性进化中的重要作用。研究结果不仅加深了对TGEV生态学和进化机制的理解，也为未来制定更具针对性的防控策略提供了理论参考。

N-末端乙酰转移酶（N-terminal acetyltransferases，NATs）通过介导蛋白质N-末端乙酰化修饰（N-terminal acetylation，NTA），在植物生长发育中发挥重要调控作用。尽管已有部分研究揭示了其功能重要性，但水稻中NATs的系统性研究仍相对有限。本研究在籼稻中鉴定到14个OsNAA基因，它们不均匀分布在12条染色体上。系统进化和保守结构域分析显示，OsNAT基因家族可划分为多个进化分支，各分支均具有保守的结构特征。启动子分析表明，OsNAA基因含有丰富的逆境响应和生长相关的顺式作用元件，与其在营养生长期和生殖生长阶段特异性表达模式相一致。同时，多个OsNAA基因在低温、干旱、盐和高温胁迫下表达显著上调；赤霉素（Gibberellin，GA）也可诱导特定OsNAA基因在幼苗发育期的表达。共线性分析结果显示，片段重复和单基因重复事件是驱动OsNAT基因家族扩张的主要机制。功能分析表明OsNAA30定位于细胞核和细胞质，并在体外表现出NatC类型的N末端乙酰转移酶活性。OsNAA30突变导致水稻株高降低、分蘖数减少和茎节细胞伸长受阻。进一步机制研究表明，OsNAA30可能通过抑制赤霉素代谢基因及株高、分蘖相关细胞周期基因的表达，影响水稻生长发育。单倍型分析发现OsNAA30的自然变异与株高、茎长和分蘖数量显著相关，表明OsNAA30可能参与水稻株型的区域适应性调控。综上所述，本研究系统解析了水稻OsNAT基因家族的进化和表达特征，并揭示OsNAA30作为水稻分子育种潜在的遗传改良靶点。

干旱锻炼能够增强植物对多种非生物胁迫（包括低温）的耐受性，然而，其在小麦中的跨代效应尚不清楚。本研究结合转录组测序和激素分析，系统解析连续六代干旱锻炼对小麦后代低温抗性的影响。结果表明，与对照组相比，干旱锻炼的后代在正常温度和低温胁迫下分别鉴定出424和1679个差异基因。低温胁迫后，干旱锻炼后代中N-(3-吲哚乙酰基)-L-缬氨酸含量显著下降，而色胺、二氢玉米素和赤霉素20含量显著上升；富集分析结果表明植物激素信号转导、油菜素内酯及玉米素生物合成途径受到显著影响，揭示激素调控在干旱锻炼诱导子代低温抗性中具有重要作用。碳水化合物代谢酶组学分析进一步揭示了不同的代际差异：祖代干旱锻炼主要增强葡萄糖代谢相关酶的活性，而亲代干旱锻炼直接影响蔗糖代谢，反映了阶段特异性的调控功能。这些代谢变化与生理水平的变化相一致，干旱锻炼后代在低温胁迫下具有更稳定的光系统及更高的抗氧化酶活性。综上，祖代干旱锻炼可通过跨代胁迫记忆诱导稳定的分子与代谢修饰，从而增强后代小麦的低温抗性，为培育耐寒和适应气候变化的小麦新品种提供了新的策略。

目的：流行性出血病（Epizootic Hemorrhagic Disease, EHD）是一种由流行性出血病病毒（EHDV）引起、经库蠓传播的虫媒传染病，感染野生及家养反刍动物，被世界动物卫生组织（WOAH）列为须通报动物疫病。近年来我国监测显示多个EHDV血清型在南方省份流行，且血清学阳性率极高，暴发风险严峻。然而，目前缺乏适用于现场、无需复杂仪器的快速检测技术。本研究旨在开发一种基于RT-ERA和CRISPR-Cas12a技术的EHDV核酸检测新方法，以实现对EHDV的高灵敏、高特异、快速且可视化的现场检测。

方法：本研究首先通过对EHDV不同血清型基因组序列进行比对分析，选定高度保守的S1基因片段作为检测靶标，并设计特异性crRNA。通过荧光检测法筛选并优化了CRISPR-Cas12a系统中的crRNA及Cas12a蛋白的最佳工作浓度。随后，针对该靶标设计了多对RT-ERA引物，通过筛选获得了最优扩增引物对（F6/R3）。将优化的RT-ERA扩增体系与CRISPR-Cas12a检测系统联用，构建了RT-ERA/CRISPR-Cas12a检测平台。通过使用梯度稀释的病毒RNA评估了该系统的检测灵敏度；通过检测蓝舌病病毒（BTV）、中山病毒（CHUV）等其他常见反刍动物病原体评估其特异性。最后，使用54份临床样本，分别经传统TRIzol提取法和HUDSON快速处理法处理样本后，将该检测系统与已建立的实时荧光RT-PCR方法进行比较，以评估其临床应用的灵敏度和特异性。

结果：本研究成功建立了EHDV的RT-ERA/CRISPR-Cas12a检测方法。优化的CRISPR-Cas12a系统在75 ng Cas12a蛋白和400 nM crRNA1条件下效果最佳。此外，最优RT-ERA引物对为F6/R3。该联用检测系统的灵敏度极高，荧光读值法和横向流动试纸条法的检测下限分别可达1.7 × 10¹拷贝/反应和1.7 × 10²拷贝/反应。特异性试验表明，该系统能有效检测EHDV-1, 2, 4-8, 10共8种血清型，而对BTV等其他病原体无一交叉反应。在54份临床样本检测中，基于TRIzol提取RNA的方法与实时荧光RT-PCR结果完全一致（灵敏度与特异性均为100%）；基于HUDSON快速处理的样本，其检测灵敏度为96%，特异性仍保持100%，可在无需核酸纯化的条件下实现快速检测。

全球气候的剧烈变化引发了日益严峻的干旱胁迫，为农业生产和作物育种带来了巨大的挑战。根系作为感知胁迫信号的主要器官，在植物对土壤环境的干旱适应性方面发挥着至关重要的作用。因此，明确干旱条件下的最佳根系构型已成为作物育种的关键。本研究利用高通量自动化根系表型平台，将228份具有代表性的陆地棉自然群体材料在特定的根箱中培养，在苗期进行干旱胁迫处理，为期20天，进行了11次表型采集监测，通过自动化根系表型机器人采集了2万多张根系表型图，获得了27个基于图像的数字化根系性状指标。利用抗旱系数（DRC，即各个根系指标在干旱处理与对照处理下的比值）来评估不同指标对干旱胁迫的响应。结合根系性状分析计算其综合响应干旱胁迫指数（CIDA），并通过逐步回归分析建立了关键的根系性状模型，从而根据根系对干旱胁迫的适应性将自然群体材料分为5个类型。同时，通过地上部和地下部表型的综合分析，提出了棉花响应干旱胁迫的理想根系构型。研究结果表明，中度和中高度抗旱类型的棉花材料是在多变环境条件下保持稳定生长的理想育种材料，为未来以优化根系构型为目标的育种思路提供了新策略。

土壤有机碳（SOC）的温度敏感性（Q₁₀）是SOC对气候变暖响应模型中的一个关键参数，它决定了土壤碳-气候反馈的方向和大小。然而，由于SOC化合物的相对稳定性，土壤有机化合物在调节Q₁₀中的相对重要性尚不清楚。长期不同施肥方式会改变土壤有机化合物的数量和质量。一个38年的施肥实验结合热解气相色谱-质谱法（Py-GC/MS）被用来确定关键土壤有机化合物对Q₁₀的影响。选择了五种处理方式：不施肥（CK）、氮肥（N）、氮肥与磷肥和钾肥结合（NPK）、有机肥（M）以及NPK配施有机肥（NPKM）。结果表明，M和NPKM下的Q₁₀分别为1.59和1.66，显著高于CK（1.35）、N（1.29）和NPK（1.36）。Q₁₀与SOC之间存在正线性关系（R⊃2;=0.76，P<0.01），这意味着通过有机肥增加的SOC在未来变暖情况下更容易被分解。在土壤有机化合物中，酯类和酚类占主导地位，分别占全部组分的30.30%和18.83%。与CK和化肥相比，有机肥增加了土壤稳定的有机化合物。有机肥增加的稳定有机化合物会导致更高的Q₁₀。除了土壤α变形菌门和pH对Q₁₀的正影响外，有机肥通过增加酚类和减少酯类来提高Q₁₀，而化肥则相反。这些发现首次提供了有力的证据，表明土壤有机化合物在SOC对气候变化的响应程度和机制中发挥着重要作用。与化肥相比，有机肥诱导的SOC在农业生态系统中对气候变暖更为敏感。

土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）作为陆地生态系统的最大碳库，对土壤质量具有显著影响。秸秆还田是一种公认的提升土壤碳固存的有效措施。本研究通过为期365天的培养实验，在黑土中添加1%质量比的⊃1;⊃3;C标记玉米秸秆的茎（ST）、叶（LE）和鞘（SH）组织后，定量评估秸秆碳（SDC）对土壤有机碳组分（包括游离态颗粒有机碳（fPOC）、闭蓄态颗粒有机碳（oPOC）和矿物结合有机碳（MAOC））的贡献，并探究了微生物群落与碳组分之间的关系。结果表明，与对照相比，ST、LE和SH处理均增加SOC、fPOC和MAOC含量，增加幅度分别是4.8-19.5%、35.7-49.5%和1.6-3.9%。LE处理的SDC-SOC和SDC-MAOC含量较ST和SH处理分别高29.1-38.1%和17.5-44.5%，而SH处理的SDC-oPOC含量则高于LE处理3.1%。各处理的磷脂脂肪酸（PLFA）含量随培养时间呈持续下降趋势，而微生物残体含量在培养前期保持波动，后期呈现明显上升趋势。结构方程模型进一步揭示，ST处理的木质素和氮含量的比值（LigN）与SDC-fPOC呈负相关；SH处理的细菌多样性与LigN呈负相关，而与SDC-oPOC呈正相关；LE处理中微生物残体与SDC-MAOC呈显著正相关。这表明颗粒有机碳动态主要受秸秆化学特征的调控，而矿物结合有机碳的形成则同时受微生物残体特征和秸秆化学特征的共同影响。研究结果将深化了我们对秸秆质量通过调控微生物群落影响土壤有机碳周转与稳定机制的认识，为制定提升土壤肥力政策和促进秸秆资源高效利用提供了重要理论依据。

木葡聚糖是高等植物细胞壁中半纤维素的主要成分，可以为细胞壁提供机械支撑。XTH基因家族编码木葡聚糖内转移酶/水解酶，是植物细胞壁重塑的关键酶。 植物在不同条件下会改变XTH的活性，从而控制细胞壁的组成和功能，帮助植物适应逆境环境。 然而，目前对苹果XTH家族相关基因的研究较少。 本文从苹果（Malus × domestica）中获得了MdXTH30基因，发现该基因可以响应ABA、NaCl,PEG 6000的处理，同时，我们通过亚细胞定位技术发现该基因定位在胞质上。为进一步探究MdXTH30在应对外界胁迫发挥的作用，我们通过农杆菌侵染技术获得了MdXTH30的转基因苹果愈伤，以及异位表达的拟南芥，发现该基因通过调控苹果愈伤组织和拟南芥中相关基因的表达，增强了植物对干旱、盐胁迫和病原菌的抗性。我们的发现为植物细胞壁水平的抗逆性和苹果抗生物和非生物胁迫的候选基因提供了新的见解。

茎秆强度是关键的农艺性状之一，对增强植株抗倒伏能力、减少弯曲变形，进而提高产量与品质具有重要作用。尽管已有研究报道多个转录因子参与植物茎秆强度的调控，但其形成的分子机制尚未完全阐明，尤其在观赏植物中研究仍较为有限。本研究在芍药中鉴定出一个IIe类WRKY转录因子PlWRKY29。在烟草中异源过表达PlWRKY29能够显著增强茎秆机械强度，并促进木质部发育、细胞壁增厚以及木质素积累；而在芍药中沉默该基因则导致相反表型。进一步机制研究表明，PlWRKY29直接结合木质素聚合基因PlLAC15的启动子区域。这些结果表明PlWRKY29正向调控植株木质素生物合成和茎秆强度，为理解植物木质素生物合成调控机制提供了新见解。

低温胁迫是限制作物产量的关键因素，尤其在温带气候条件下尤为突出。尽管脱落酸在寒冷胁迫响应中的作用已被广泛认可，但转录因子如何介导ABA依赖的耐寒机制仍不明确。本研究从山葡萄（Vitis amurensis Rupr.）中鉴定出MYB转录因子VaMYB4a，其通过整合ABA信号与CBF-COR通路协同调控低温适应性。通过构建拟南芥、葡萄愈伤组织及欧洲葡萄（Vitis vinifera L.）幼苗中进行过表达和CRISPR/Cas9基因编辑株系，我们发现VaMYB4a通过促进渗透调节、活性氧清除及气孔关闭来增强植株抗冻性。该蛋白以同源二聚体形式发挥作用，其C端结构域对转录激活至关重要。在分子机制上，VaMYB4a可直接上调CBF和COR基因表达，并精细调控ABA信号通路关键因子ABI1和ABF4。值得注意的是，ABA呈现双重调控效应：在短期胁迫下增强VaMYB4a介导的抗冻性，而在长期冷暴露中削弱其功能，揭示低温与激素通路间复杂的级联调控网络。本研究不仅深化了对植物冷适应机制的认知，更为培育气候韧性葡萄品种提供了关键遗传靶标。

冷地早熟禾（Poa crymophila），青藏高原特有的多年生禾草，具有极强的寒旱适应性，是高原生态修复的先锋物种和优质牧草，具有重要的生态与经济价值。然而，受限于遗传背景不清，其极端环境适应机制难以深入解析。

本研究采用寡核苷酸荧光原位杂交（Oligo-FISH）技术，确定了冷地早熟禾体细胞染色体数为2n= 28。结合二代 Illumina、三代 Pacbio HiFi 及 Hi-C 测序策略，经 Genomescope 和 Smudgeplot 分析，明确其为同源四倍体（2n= 4x = 28）。通过从头组装，获得大小为3.71 Gb的染色体级别参考基因组（单倍体约0.93 Gb）；共注释出143,547个高质量蛋白编码基因，BUSCO完整性达99.19%，LAI > 20，表明该基因组具有高度的完整性和准确性。

系统发育分析显示，冷地早熟禾与低矮早熟禾（Poa infirma）、仰卧早熟禾（Poa supina）的分化发生在 6.19–20.09 百万年前（MYA），这与青藏高原快速抬升事件吻合，且早于大麦（Hordeum）和小麦（Triticum）分化，因此冷地早熟禾是研究禾本科植物高海拔适应机制的理想模型。分化后，冷地早熟禾经历了一次全基因组复制事件，这可能是其形成同源四倍体的原因；随后约在0.25 MYA发生一次以 Gypsy 为主的 LTR 大规模插入事件。比较基因组分析发现，其耐逆相关基因家族（如细胞色素 P450s、漆酶 LACs、冷调控CORs 等）发生扩张，而光合作用相关基因家族收缩；622个受到正向选择的基因，富集于新陈代谢、应激和信号转导通路，包括抗氧化/解毒相关酶及细胞色素氧化酶等，其中KMS1 在冷地早熟禾、青稞（Hordeum vulgare var. nudum）和西藏半野生小麦（Triticum aestivum subsp. tibeticum）中均呈正选择信号。此外，冷地早熟禾在旱寒胁迫下能合成大量具有保肝作用的次生代谢物五味子甲素（Schisandrin A），进一步提升了其作为牧草资源的价值。

综上，本研究揭示了冷地早熟禾通过基因组加倍、耐逆基因扩张、Gypsy-LTR  大规模插入及关键基因正选择等分子策略，协同驱动其获得高寒环境适应性，为耐逆牧草遗传改良及高海拔地区生态修复提供了宝贵的基因组资源。

杀虫剂的长期过度使用导致了显著的环境影响和昆虫抗药性的进化。羧酸酯酶（CarEs）作为解毒代谢关键酶类，与害虫抗药性形成密切相关。本研究基于苜蓿斑蚜逆胁迫转录组数据筛选并克隆了VmCarEs-6基因，通过RNA干扰和抑制剂处理VmCarEs-6，检测苜蓿斑蚜应对化学农药的敏感性。通过ProtParam软件分析显示，VmCarEs-6基因编码564个氨基酸，具有多样化结构域；其表达具有时空特异性，3龄若蚜及胸部组织表达量最高，无翅成蚜表达显著高于有翅型。室内生测结果显示，暴露于高效氯氟氰菊酯、异丙威、辛硫磷和吡虫啉LC₅₀浓度后，苜蓿斑蚜体内VmCarEs-6表达显著上调。利用星形阳离子聚合物（star polycation，SPc）包裹双链RNA干扰VmCarEs-6基因后，高效氯氟氰菊酯（LCT）、异丙威（IPC）、辛硫磷（PHX）和吡虫啉（IMI）处理后蚜虫的死亡率较对照组分别增加35.6%、23.4%、31.1%和23.3%；羧酸酯酶抑制剂TPP与上述四种杀虫剂联用表现出增效作用，增效倍数分别提升1.54、1.28、1.24和1.17，与RNAi结果一致。田间试验结果表明，在施药后第5天，与单用化学农药相比，LCT+TPP、IPC+TPP、PHX+TPP、IMI+TPP混用防治效果分别提高了35.6%、21.5%、46.0%和70.1%，与室内生测结果一致。因此，通过RNA干扰和TPP处理对苜蓿斑蚜VmCarEs-6基因进行功能抑制，显著削弱了害虫的解毒代谢能力，进而提高了害虫的应对化学农药的敏感性，为解析刺吸式害虫抗药性机制与开发靶向防控产品提供了理论依据。

性情是个体在面对外界挑战时表现出的稳定反应模式，与人格特征类似，例如在相同情境下表现为安静或激动的差异。性情不仅受遗传因素影响，还可受到调控大脑相关通路的内在生理与代谢因素的调节。在单胃动物中，已有研究表明肠–脑轴（GBA）参与性情的形成。然而，最新研究发现来自肝脏的信号亦可通过调节大脑功能和肠道微生物群而产生作用，从而构成肠–肝–脑轴（GLBA）的三向互作机制，但肝脏在GLBA调控性情中的具体作用尚不明确。为探究这一问题，本研究首次在反刍动物中系统评估了饮食色氨酸（tryptophan, Trp）补充对GLBA信号通路的影响。Trp是一种已知可调节性情的营养补充剂，本研究以湖羊为模型，选取性情差异明显的个体（安静型C与紧张型N），并设置Trp补充处理（T），形成四个实验组（C、CT、N、NT）。通过对瘤胃微生物群、结肠和肝脏代谢物以及脑内相关信号的综合分析，探索Trp通过GLBA影响性情的潜在机制。结果表明，Trp补充显著改变了瘤胃微生物群结构，其中Chloroflexi和Bdellovibrionota在补充组显著增加，Flexilinea在CT组富集，而Monoglobus和Sediminispirochaeta在NT组富集。其中特定菌群和门水平的丰度变化可能导致循环中短链脂肪酸（SCFAs）、氨基酸和Trp代谢物水平的改变，从而部分解释了此前观察到的Trp对紧张型湖羊性情改善的现象。结肠和肝脏样品的代谢组学分析进一步提示，这些组织中的氨基酸代谢及SCFAs可能参与了性情的表达。综上所述，本研究首次在绵羊中提供了饮食Trp通过GLBA依赖性通路影响行为的证据。研究结果强调SCFAs、Trp代谢物及微生物互作为关键介质，并提示GLBA可能是反刍动物性情调控的重要信号网络。这一发现不仅拓展了对GLBA与性情关系的认识，也表明基于个体性情差异的营养策略有望改善动物福利，并推动精准畜牧业的发展。

乌龙茶以其独特的花果香及醇厚的滋味备受消费者青睐。在其加工过程中，摇青工序是塑造其特色风味的关键步骤。在摇青过程中，茶叶经受反复的机械胁迫，进而触发一系列代谢变化，最终影响茶叶的品质。因此，深入解析茶树叶片响应机械胁迫的分子机制，对于揭示乌龙茶采后品质形成机制具有重要意义。本研究以铁观音鲜叶为材料，整合代谢组学、转录组学和TMT蛋白组学分析，系统分析乌龙茶摇青阶段机械胁迫下代谢物、转录本和蛋白质的动态变化规律及其互作关系。结果表明，机械胁迫首先激活损伤相关分子模式（DAMPs），介导Ca⊃2;⁺信号、茉莉酸（JA）信号及谷胱甘肽（GSH）代谢等途径的级联响应，并进一步诱导与品质形成密切相关的 α-亚麻酸代谢途径与苯丙氨酸代谢途径。在信号转导层面，CNGCs/CaCML介导的Ca⊃2;⁺内流、Rboh/CDPK驱动的ROS爆发以及JAZ/MYC2调控的JA信号网络均表现出基因及其编码蛋白的显著上调，共同激活MAPK级联反应；同时，GPX/GSTs参与的谷胱甘肽代谢维持氧化还原稳态，并与抗坏血酸-谷胱甘肽（ASC-GSH）循环形成联动，从而协调转录、翻译及代谢水平的整体响应。在代谢调控层面，α-亚麻酸途径中LOX等关键基因及其编码的蛋白上调表达，促进茉莉内酯等脂肪酸衍生香气物质的积累；苯丙氨酸途径中PASS、PAR、ARO、ADH等基因及ARO、ADH蛋白上调表达，促进2-苯乙醇和苯甲醇合成。本研究基于多组学技术初步构建了“机械胁迫—信号转导—代谢调控”的调控框架，有助于深入理解乌龙茶特征性物质的形成机制，并为乌龙茶品质代谢调控提供参考。

Brazil maintains a leading position in agricultural exports and stands as the world's foremost producer and user of bioinputs in agriculture. These bioinputs generate annual savings of billions of dollars that would otherwise be allocated to chemical fertilizers and pesticides. The nation's regulatory framework enables bioinput agriculture and serves as a model for countries transitioning toward regenerative agriculture. Brazilian legislation categorizes bioinputs into: 1) Biofertilizers (extracts); 2) biostimulants (plant growth-promoting and biocontrol agents); and 3) inoculants (active ingredient comprises one or more living microorganisms). The inoculation of soybeans with Bradyrhizobium strains provides approximately 90% of the nitrogen accumulated by this crop. Brazil has registered over six hundred inoculants, with at least 60% specifically designated for soybean cultivation. The annual sales of inoculants in Brazil reach approximately 120 million doses. Although beans (Phaseolus vulgaris and Vigna unguiculata) represent an essential food crop in Brazil's staple diet and benefit from inoculation, inoculant supply remains insufficient. Regarding biocontrol, soy, corn, sugarcane, and coffee rank among the most protected crops, employing biocontrol agents against bacteria, fungi, nematodes, and insects. Bacillus, Pseudomonas, Streptomyces, Rhizobium, Azotobacter, and Paenibacillus strains were predominantly cited in the 5,000+ bioproduct patents filed between 2022 and 2024. Among fungal genera, Trichoderma, and Penicillium received the most citations. EMBRAPA's biobanks maintain over 10,000 strains of bacteria, fungi, and viruses for biocontrol, and 14,000 strains of nutrient-fixing and plant-growth promoters. Production challenges include quality control, particularly as on-farm production of inoculants becomes prevalent on larger farms, alongside product availability and supply limitations. Brazilian farmers maintain global competitiveness partly through reduced chemical fertilizer and pesticide costs enabled by bioinput usage. As components of regenerative agriculture, bioinputs enhance soil quality, decrease carbon footprints, and support SDGs. Brazil's leadership in microbial bioinput utilization stems from its extensive agricultural sector, rich microbial biodiversity, and progressive regulatory framework.

间作豆科绿肥是一种通过提升土壤肥力和资源利用效率来增强农业生态系统韧性的可持续策略。然而，在干旱条件下，间作豆科绿肥与调亏灌溉协同维持玉米产量稳定性并改善籽粒品质的机制仍不明晰。本研究开展了一项为期三年（2021–2023年）的田间裂区试验，主区设3种绿肥还田方式：绿肥全量翻压还田（M||V-P）、绿肥根茬还田（M||V-R）以及无绿肥对照（单作玉米，SM）；副区设3种灌溉制度：常规灌溉（I3，400 mm）、15%亏缺灌溉（I2，340 mm）和30%亏缺灌溉（I1，280 mm）。试验测定了玉米籽粒产量、籽粒品质（蛋白质、脂肪、淀粉及必需氨基酸含量）、玉米净光合速率（Pn）以及土壤硝态氮与铵态氮含量。结果表明，与单作玉米（SM）相比，M||V-P 和 M||V-R 处理均提高了玉米籽粒产量，其中 M||V-P 的产量比 M||V-R 高出 5.7%。值得注意的是，M||V-P 在 I2（15%亏缺灌溉）条件下的产量与 M||V-P 在 I3（常规灌溉）条件下相当，且较 SMI3（单作玉米常规灌溉）增产 18.3%。与单作玉米相比，M||V-P 和 M||V-R 还显著提升了籽粒品质，表现为蛋白质、脂肪、淀粉及必需氨基酸含量增加。随着灌溉量减少，籽粒蛋白质含量有所增加，而脂肪和淀粉含量降低。特别地，M||V-P 在 I2 条件下的籽粒蛋白质含量与 I1（30%亏缺灌溉）处理无显著差异，同时脂肪、淀粉及必需氨基酸含量与 I3（常规灌溉）处理相近。与 SMI3 相比，M||V-P 在 I2 条件下所有籽粒品质指标均显著增加。这些改善主要得益于间作豆科绿肥在减少 15% 灌溉用水的同时，使玉米净光合速率（Pn）提高了 14.3%，并将土壤硝态氮与铵态氮含量分别提升了 12.5% 和 5.2%。本研究表明，间作豆科绿肥结合调亏灌溉可作为水资源受限地区玉米可持续生产的一种推广模式。

全球草地生态系统正面临严峻考验，约49%的草地呈现不同程度的退化。解决可利用牧草与牲畜需求之间的不平衡是草地生态系统面临的一个重大问题。将处于生态崩溃边缘且修复成本极高的天然草地转变为刈割草地，既能解决牧草短缺问题，又能降低长距离运输成本。探索青藏高原东南缘多次刈割草地的饲草产量和品质，对于确定其建设规模至关重要。为此，本研究在青藏高原东南缘开展了多品种牧草种植与多次刈割试验。结果表明，相较于生长季末一次性收获，多次刈割策略能显著提升牧草的产量与营养品质，并且随着刈割过程的推进，牧草生长策略逐渐由产量优先向品质权衡。基于此，我们以当前牲畜越冬损失率为基准，从能量供需平衡角度构建了不同补饲情景模型。测算显示，在自由采食模式下，实现草畜能量平衡需将人工草地面积扩大至当前的2.22-9.38倍；而在限制饲喂模式下，则需扩大1.55-9.38倍，并相应减少3.96%-16.75% 或2.77%-16.75% 的天然草地面积以满足能量需求与供给。本研究结果为青藏高原的草地管理规划提供了数据支持，并为改善青藏高原的草畜动态提供了可行性参考。

全基因组互作效应对揭示复杂性状的遗传基础至关重要，然而，在当前用于解析和预测复杂性状、疾病的基因组统计模型中，丰富的基因互作信息常被忽略。为弥补这一不足，本研究提出了一种名为biBLUP（基于生物学互作效应的最佳线性无偏预测）的新型上位效应模型。该模型通过重点关注KEGG通路内的基因间互作，从而整合了先验的生物学知识。模拟实验证明，在多种遗传结构下，biBLUP模型能有效捕获互作效应，与忽略生物学互作信息的传统模型相比，其预测准确性最高可提升62%。本研究利用跨物种的真实数据进一步验证了biBLUP模型的性能。例如，在对6,642个酵母株系数据的分析中，biBLUP模型通过模拟与尿囊素利用相关的KEGG通路内的遗传互作效应，使生长速率的预测准确性提高了40.36%。此外，在水稻开花期的研究中，将KEGG信息整合到biBLUP模型中，不仅成功捕获了已验证的上位效应，还使开花期的预测准确性提升了16.29%。本研究结果表明，将KEGG通路信息整合到基因组预测模型中，能够有效捕获具有生物学意义的互作效应，从而提高模型的预测能力，并加深对复杂性状遗传基础的理解。本研究的核心创新在于提出了biBLUP新模型，将KEGG通路这一生物学先验知识整合进基因组预测模型中，专门用于模拟基因间的互作效应。与传统模型不同，biBLUP模型通过聚焦特定生物通路内的互作，精准捕获了具有生物学意义的遗传互作效应。经模拟和跨物种真实数据验证，该方法不仅显著提升了复杂性状的预测准确性，还成功解析了已知的上位性机制，为深入理解复杂性状的遗传基础提供了有力的新思路。

背景：紫花苜蓿（Medicago sativa L.）作为光周期敏感型长日照开花豆科饲草作物资源，因高产、优良的饲用特性及显著经济效益而被广泛栽培。然而，过早开花显著制约其生物量积累与饲用品质。循环DOF因子（Cycling DOF Factors, CDFs）作为调控高等植物光周期开花等核心生理过程的关键转录因子，但在调控紫花苜蓿开花的功能仍不明确，需要进一步研究。

方法和结果：本研究通过全基因组分析，在紫花苜蓿基因组中系统鉴定了15个MsCDF基因，其数量约为已报道高等植物CDF基因家族成员的三倍，基因复制事件被证实为MsCDF家族扩张的主要驱动力。进化分析揭示，C亚家族MsCDFs为豆科植物所特有，暗示其在豆科植物中可能具有独特的功能分化。表达模式分析表明，MsCDFc1基因表达呈现显著昼夜节律性，且在长日照条件下特定时段的转录水平显著高于短日照条件。通过异源过表达及同源转化体系验证，MsCDFc1的过表达可显著延迟模式植物拟南芥及紫花苜蓿的开花时间，显著降低了紫花苜蓿中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量，改善饲草消化率，提升了牧草粗蛋白含量与相对饲用价值（RFV）。遗传机制解析发现，MsCDFc1通过降低豆科植物特异性转录因子MsE1和成花素基因MsFTa1表达，而不是CO-Like基因，延迟紫花苜蓿开花。MsCDFc1的不与MsFTa1和MsFTb1启动子结合。酵母双杂交表明，其C端推测的FKF1结合结构域的N⁴¹⁷发生突变，导致不与MsFKF1相互作用。研究结果表明，MsCDFc1作为豆科植物特有的关键调控因子，在整合紫花苜蓿光周期信号、延迟开花、提升饲用品质方面具有重要生物学功能。本研究首次系统地对紫花苜蓿CDF 基因家族成员进行鉴定和分析，并利用遗传学方法阐明了MsCDFc1基因在长日照下通过调控MsFTa1和MsE1基因，而非MsCO–Like基因，延迟紫花苜蓿开花时间、改善牧草品质，揭示了豆科植物中CDF 介导的开花调控新机制。

猪缺乏典型的棕色脂肪组织，但有研究表明猪脂肪细胞具有不依赖UCP1产热的能力，然而目前对这些产热脂肪细胞的发育过程和调控机制仍然缺乏了解。本研究探究了二花脸仔猪背部皮下脂肪组织在冷刺激下的适应性反应机制，重点关注纤维/脂肪生成祖细胞（FAPs）的分化命运转变及其调控分子微纤维相关蛋白5（MFAP5）的作用，揭示了冷刺激条件下脂肪组织纤维化与产热功能的关联。本文以4对体重相近的6-8周龄雄性全同胞二花脸仔猪为试验材料，将全同胞二花脸仔猪随机分为室温组（28±0.5℃）和冷刺激组（11±0.5℃）进行30天试验。采集10个部位脂肪组织进行分析，发现背部皮下脂肪组织在冷刺激下表现出显著的产热潜力，同时观察到背部皮下脂肪组织发生组织结构重塑。综合分析背部皮下脂肪组织转录组测序和单细胞测序数据，发现冷刺激促进FAPs向非脂肪成纤维细胞分化，且MFAP5是冷刺激背部皮下脂肪组织可塑性的潜在调节因子。体外细胞试验证实，过表达MFAP5或添加MFAP5条件培养基抑制了前脂肪细胞分化为成熟脂肪细胞，促进其向非脂肪成纤维细胞分化，并显著增强非脂肪成纤维化细胞的线粒体生物合成。进一步研究表明，MFAP5主要通过Hippo-YAP1信号通路发挥作用。综上所述，本研究发现冷刺激通过上调二花脸仔猪背部皮下脂肪组织中MFAP5表达，激活Hippo-YAP1信号通路，促使FAPs分化为非脂肪成纤维细胞，进而抑制脂肪生成并促进脂肪组织纤维化和产热适应。这一发现揭示了MFAP5作为冷适应调控因子的新功能，为理解哺乳动物脂肪组织可塑性提供了新视角。

小菜蛾（Plutella xylostella）是一种危害全球十字花科作物的毁灭性害虫。对化学合成杀虫剂的过度依赖导致了生态污染和抗药性的产生，这促使研究者探索环境友好型生物农药。丝氨酸蛋白酶抑制剂（serpins）在先天免疫中的黑化作用、繁殖以及变态发育中发挥着关键作用。基于我们实验室对小菜蛾不同发育阶段进行的蛋白质组学分析，serpin15被确定为典型抑制性serpin家族的关键成员，但其在小菜蛾中的具体功能仍不明确。在本研究中，通过对不同组织和发育阶段的基因表达模式进行RT-qPCR分析发现，serpin15在雄性成虫的性腺中高表达，且在血淋巴中的丰度最高。值得注意的是，在被粘质沙雷氏菌（PS-1）感染后，中肠内serpin15的mRNA水平呈现动态变化，先下降后上调。利用CRISPR/Cas9技术在纯合品系中敲除serpin15后，产卵率和后代的胚胎孵化率均有所降低。功能实验证实，serpin15能抑制酚氧化酶（PO）的活性，外源性补充重组serpin15蛋白可有效抑制血淋巴的黑化，从而确立了其通过免疫黑化作用对抗PS-1的调控功能。综上所述，这些研究结果强调了serpin15在小菜蛾中具有调节繁殖力和对抗PS-1免疫力的双重功能。这一发现为开发针对昆虫免疫和发育系统的生物防治策略提供了理论基础。

蔬菜作物的主场植物-土壤反馈（home-PSFs）通常表现为负反馈，严重抑制蔬菜生长。磷作为植物必需的重要营养元素，其土壤有效磷水平可显著影响蔬菜的生长模式。然而，土壤有效磷如何调节蔬菜作物的home-PSFs尚不明确。本研究通过构建12种不同蔬菜组成的home-PSF系统，比较了两种磷水平（低磷：40 mg P kg⁻⊃1;；高磷：200 mg P kg⁻⊃1;）对蔬菜生长的影响。结果显示，低磷处理导致所有供试蔬菜生物量显著降低，且大部分蔬菜将更多生物量分配至根部。此外，低磷条件下丛枝菌根定殖率与根际酸性磷酸酶活性上升，而根长显著减小。在不同磷水平下，蔬菜home-PSFs总体上呈负效应，仅葱属蔬菜与非菌根蔬菜在高磷条件下表现出正反馈；此外，野生番茄的反馈值变幅大于普通番茄。高磷条件下，丛枝菌根定殖率与生物量和磷吸收量反馈值呈正相关；低磷条件下，根径和丛枝菌根定殖率均与生物量和磷吸收量反馈值表现出不同的相关性。综上所述，提高磷水平可缓解蔬菜的负home-PSFs，促进生物量积累，且高磷水平在缓解野生番茄负反馈方面效果优于普通番茄。

堆肥是可持续废弃物管理的关键环节，能够显著实现资源回收并带来环境效益。然而，氮素损失始终是堆肥过程中的主要难题，亟需建立氮损失预测模型。本研究基于307组涵盖堆肥策略、理化性质及堆肥时间阶段的实验数据，采用五种机器学习算法对有机固废堆肥过程中的氮损失进行预测。结果表明，AdaBoost 算法在剔除冗余特征（规模和碳氮比）后表现最优，决定系数达到 0.847。进一步通过Shapley分析发现，堆肥时间阶段、膨松剂、原料类型及铵态氮含量是影响氮损失的关键因素。其中，堆肥初期是氮损失最敏感的时期；以锯末、稻壳和玉米秸秆为膨松剂可提升氮保留率；采用静态通风并辅以化学添加剂亦能有效降低氮损失。上述发现为优化堆肥条件、最大限度减少氮损失提供了科学依据，并为实际操作中的最佳实践给予了明确指导。

耕地撂荒对粮食安全和农业可持续发展具有重要影响，但目前对中国耕地撂荒的动态变化过程及其潜在粮食安全影响的深入研究仍显不足。本研究基于1992-2022年中国土地利用轨迹数据，分析了耕地撂荒的时空模式、劳动力迁移对其产生的影响，以及由此带来的粮食安全潜在影响。研究发现，中国耕地撂荒经历了缓慢增长、快速增加、高位波动和逐步下降四个阶段，并于2016年达到3.98%的峰值。本研究识别出了三种主要的撂荒模式，并揭示了其空间分布特征。其中，长期性撂荒（单次撂荒时长≥10年）主要集中在自然条件较差的西南山区；偶发性撂荒（单次撂荒时长在3-9年间）则主要出现在经济发达的东部沿海地区；而渐进退化模式则出现在平原和山地的过渡地带。劳动力迁移与耕地撂荒率之间具有非线性关系，短距离（县域内）迁移有助于减少撂荒率，而中距离（省域内）迁移则显著增加了弃耕率。在撂荒耕地的耕作适宜性及其对潜在粮食损失的影响方面，57.50%的撂荒发生在低耕作适宜性土地上，但仍有42.50%则发生在高耕作适宜性耕地上。2010年中国潜在粮食损失达到峰值，其中低耕作适宜性土地和高耕作适宜性土地的损失分别约为1500万吨和880万吨。本研究的发现为制定区域差异化管理策略提供了数据支撑，旨在通过统筹考量土地适宜性、劳动力迁移模式和地方社会经济状况，以确保农业的可持续发展。

基于机器视觉的智能虫情测报灯利用特定光谱吸引害虫，通过红外加热灭杀害虫，并借助人工智能模型进行害虫的识别与计数。为实现更优的害虫识别模型性能，构建高质量的昆虫标注数据集至关重要。然而，传统的人工标注方式依赖专家知识，耗时且在大规模多类昆虫标注任务中效率低下。本研究建立了一种高效的小样本学习方法，用于构建大规模灯诱昆虫数据集。该方法采用“检测-分类”的两阶段标注框架：首先设计了一种多尺度灯诱昆虫检测器（MLTIDD），解决不同大学昆虫尺度与感受野差异问题。该方法基于微调的Grounding DINO模型，整合了SAM和SAHI技术，实现了多尺度昆虫检测。然后，我们提出了一种基于iBOT的自监督学习方法InsectSSRL用于从MLTIDD检测到的大量未标记昆虫子图像中学习具有鲁棒性的昆虫特征表示。该方法通过结合三项代理任务，显著提升了昆虫子图像的特征提取能力。该特征提取器可以用于分类模型对昆虫子图像进行预分类。经专家校正后，昆虫标签信息回溯至原始图像，完成灯诱昆虫数据集的标注工作。

实验表明，在有限样本条件下，MLTIDD实现了79.6%的AP_50-95和90.8%的AR，比DINO模型分别提高7.0和4.7个百分点。InsectSSRL在k近邻评估中达到了85.87%的top-1准确率。在小样本分类任务中，使用InsectSSRL预训练并在5%的InsectID数据集上微调的Swin-T模型取得了80.35%的准确率，较iBOT提升了2.08个百分点，较基于COCO的迁移学习模型提升了11.3个百分点。相较于DINO和iBOT结合的模型，基于本文提出的灯诱昆虫标注数据集构建方法在测试集上mAP_50-95提升了10.91个百分点，AR提升了8.26个百分点，与专家人工标注相比，标注时间减少了约80%。

亚洲玉米螟是一种极具破坏性的鳞翅目害虫，可导致全球玉米减产 30%，其幼虫蛀食组织、传播病害，加剧粮食安全风险。目前防治以合成杀虫剂为主，但长期使用也导致了昆虫的抗药性。靶向几丁质代谢是绿色农药开发的重要方向，OfChi-h作为亚洲玉米螟蜕皮及生存所必需的关键几丁质酶，已成为潜在的防治靶点。本研究通过虚拟筛选策略，成功获得了一类新型OfChi-h抑制剂—N-苯基-异吲哚-1,3-二酮（PI）骨架化合物。其中，化合物PI-17对OfChi-h 表现出强效抑制活性，其抑制常数（K_i）为2.3 μM。同时PI-17对鳞翅目害虫亚洲玉米螟也展现出与对照药剂氟铃脲相当的杀虫活性。此外，本研究利用扫描电子显微镜（SEM）观察了经PI系列化合物处理后的亚洲玉米螟幼虫的表皮形态变化。通过静电势（ESP）及密度泛函理论（DFT）计算，从原子和电子层面探究了PI系列化合物生物活性的差异。同时，这些化合物也对天敌昆虫玉米螟赤眼蜂及非靶标生物具有很高的安全性。研究结果表明，N-苯基-异吲哚-1,3-二酮衍生物作为一类新型先导化合物，有望开发成为作用于几丁质酶的环境友好型昆虫生长调节剂。

（目的）H9N2亚型禽流感病毒（Avian influenza virus，AIV）因其血凝素（Hemagglutinin，HA）蛋白频繁发生抗原漂移，导致灭活疫苗的保护效果减弱，持续对全球家禽养殖业构成威胁。前期研究发现，H9N2 AIV HA蛋白中的12个抗原残基在其两个主要抗原群之间的抗原漂移中起关键作用。为进一步阐明这些抗原残基对病毒抗原性与交叉保护力的影响。（方法）本研究以H9N2 group 2（B4.7）毒株A/chicken/Jiangyin/JY120118/2018（R118）为母本，构建了替换group 1毒株（B4.4和B4.6）HA蛋白抗原区域（A、B1、B2和E）的单一表位或联合表位突变株，通过三维抗原制图及单抗排谱分析各突变对病毒抗原性的改变；随后，选择变突株制备免疫血清，进行交叉血凝抑制（Hemagglutinin inhibition，HI）与微量中和（Microneutralization，MN）试验；最终选择候选疫苗株免疫SPF鸡，采用不同H9N2毒株进行攻毒试验，评估其交叉保护效果。（结果）单抗排谱显示突变株R118-A、R118-AE、R118-B1和R118-AB1E能同时被group 1和group 2的单抗识别。在HI和MN试验中R118-A的免疫血清对group 1和group 2抗原均具有良好的覆盖能力，个体间免疫反应一致性较高。动物试验表明，R118-A对group 2 毒株W120118攻毒的保护效果与母本相当，而针对group 1毒株W100318和group 2异源毒株W05091攻毒时，R118-A显著减少了排毒量和排毒动物的个体数量。（结论）因此，基于抗原区域A（D145S、T149K和G153D）改造的疫苗候选株R118-A对不同分支的H9N2亚型AIV的感染具有良好的交叉保护作用，为广谱H9N2疫苗的设计与优化提供了理论支持和实践指导。

创新性：

1. 通过三维抗原制图与单克隆抗体排谱技术，系统评估了HA蛋白不同抗原区域突变对H9N2禽流感病毒抗原性的影响。

2. 通过上述技术筛选获得了疫苗候选株R118-A，其对不同抗原分支的H9N2禽流感病毒感染具有交叉保护能力。

磷有效性（P）通过影响植物生长和微生物活性，进而调控根际碳（C）循环酶活性的空间分布。玉米（Zea mays L.）和窄叶羽扇豆（Lupinus angustifolius L.）对磷缺乏的适应与获取策略存在显著差异。然而，磷有效性如何影响这两种植物根际碳、磷水解酶活性的空间格局仍不明确。本研究通过酶谱法分析了玉米和羽扇豆根际碳、磷水解酶活性的空间格局，并将其与根际细菌群落结构相关联。结果表明，低磷条件下，玉米生长受到显著抑制，但根系分泌物较高磷条件增加了 2.2-9.6倍。低磷条件下，玉米根系分泌物的增加促进了 r策略细菌（如纤维杆菌门、黄单胞菌目）的增殖，但降低了 K 策略细菌（放线菌门、绿弯菌纲、α-变形菌纲）的相对丰度。玉米根际的酶活性及热点区域面积随 K 策略细菌丰度增加而升高，随 r 策略细菌丰度增加而降低。高磷条件下，玉米生长的较好，具有发达的根系，加上根际微生物群落结构向具有更高酶合成速率的 K 策略细菌转变，因此其碳、磷循环相关酶活性及热点区域比低磷条件高 15%-550%。羽扇豆对磷缺乏表现出更强的适应性，其释放的溶解有机碳（DOC）和有机酸比玉米高 2-19倍，因此其酶活性、热点区域面积及细菌群落组成未随有效磷含量发生显著变化。综上所述，植物对低磷环境的不同方式塑造了根际碳循环酶活性的空间分布和细菌群落结构。

土壤盐渍化是土地退化的主要表现之一，严重威胁农业可持续发展。基于遥感的方法是目前盐渍化监测的首选。然而环境因素的空间异质性，严重限制了遥感建模过程对土壤盐分含量（SSC）-建模因子关系的准确捕捉，最终影响监测精度。本研究提出了一种基于盐渍化发生主导因素的分类建模思路，通过划分土壤质地和地表排水条件，分类构建了盐渍化遥感反演模型。结果表明：分类建模显著增强了建模过程对SSC-建模因子的关系的捕捉。相同的建模指标与建模方法在不同分类情景下的适宜性具有显著差异。三种建模方法中，随机森林算法（RF）整体结果更稳健。三种变量优选方法中，LightGBM 方法与三种机器学习方法耦合效果整体最好。分类建模策略显著提升了反演模型精度，与未分类建模（R²=0.62）相比，测试集（R²=0.77）R²最高提升24%；地表排水条件较差情景的独立建模效果最好，其最佳耦合模型训练集R²=0.82，测试集R²=0.77。这项研究能够为精准农业背景下的土壤盐渍化遥感监测提供有价值的参考。

植物根系分泌物在招募有益溶磷细菌（Phosphate-solubilizing bacteria，PSB）中发挥着关键作用。C2H2型锌指蛋白转录因子STOP1（Sensitive to Proton Rhizotoxicity1）能够调控植物根系有机酸的分泌，但STOP1调控的根系有机酸分泌对根际微生物组成的影响尚不清楚。本研究发现在缺磷条件下，大豆根际土壤的有机酸含量更高，且富集了三种特定的PSB，包括Gammaproteobacteria_Incertae_Sedis、KF_JG30_C25和Solirubrobacterales。这些PSB的相对丰度与大豆根际土壤草酸和柠檬酸浓度呈显著正相关。值得注意的是，即便在磷充足条件下，超量表达GmSTOP1-3也促进了大豆根系草酸和柠檬酸的分泌以及上述三种特定的PSB在大豆根际的富集。这些PSB的相对丰度与参与土壤磷循环的基因丰度呈显著正相关，尤其是编码酸性/碱性磷酸酶的关键基因。结合大豆根系GmSTOP1-3的表达受低磷胁迫上调这一现象，本研究的结果表明GmSTOP1-3介导的大豆根系草酸和柠檬酸分泌招募了特定的PSB，进而促进了其根际有机磷的矿化。本研究结果明确了GmSTOP1-3是酸性土壤中微生物组重塑和磷获取效率的关键调控因子。

干旱胁迫是影响植物生长、发育和生产力的最重要非生物限制因素之一。秣食豆（Glycine max）是一种营养价值极高的饲料作物，在土壤水分亏缺条件下，其产量和质量都会大幅下降。独脚金内酯（Strigolactones）是一类新型的植物激素，在植物的多种发育过程中发挥着关键的调节作用。然而，独脚金内酯介导秣食豆缓解干旱胁迫的机制尚不清楚。本研究证明，外源独脚金内酯的应用不仅能提高光合参数和叶绿素含量，还能通过多种机制提高耐旱性：调节气孔关闭、积累渗透调节物质以及增强抗氧化能力。整合转录组分析及后续验证表明，独脚金内酯通过调节植物激素信号通路，特别是脱落酸（ABA）信号通路，增强饲料大豆的耐旱性。此外，通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）确定了 GmPP2C56 为关键候选基因，其在耐旱性中的关键作用得到了功能验证。我们的研究结果表明，GmPP2C56 通过负向调节脱落酸信号传导显著增强了秣食豆的耐旱性。这项研究为通过外源激素应用提高植物耐旱性提供了理论基础，并为干旱条件下秣食豆的育种和栽培提出了创新策略。

脱水素（DHN）通过调节渗透调节物质的合成和清除活性氧，增强植物抗性。然而，PbDHN3在盐胁迫条件下的功能尚不清楚。本研究中，盐胁迫诱导了梨PbDHN3的高表达，而过表达（OE-PbDHN3）植株显著提高了梨在盐胁迫下的生长，与野生型相比表现出更高的叶绿素含量和根系生长能力。转录组分析表明，PbDHN3的表达与乙烯信号转导途径相关。OE-PbDHN3转基因植物显著影响乙烯含量及其相关基因的表达。然而，在外源乙烯利处理后，转基因株系显著抑制了乙烯合成和信号转导过程。经过外源乙烯和乙烯抑制剂1-MCP处理的OE-PbDHN3转基因株系显著抑制了乙烯合成和信号转导，同时，根系发育增强和叶绿素含量增多。在盐胁迫下，OE-PbDHN3在胁迫早期抑制了乙烯生物合成基因PbACO1-like和PbACO2以及乙烯信号转导基因PbEIN3-like的表达，这种早期调控效应减轻了盐胁迫对植物的损伤。综上所述，我们的结果表明，PbDHN3通过调节乙烯合成和信号转导，增强了植株的盐胁迫抗性。