芽休眠是多年生果树的重要适应性特征，使其能够抵御不利的生长环境。该适应策略在植物的生存和繁殖过程中起着重要作用，但其分子机制尚不清楚。本研究鉴定并分析了葡萄中两个转录因子，EARLY BUD BREAK（VvEBB）和SHORT VEGETATIVE PHASE 4（VvSVP4）。研究结果表明，在杨树中过表达VvSVP4后，其作为萌芽负调控因子发挥作用，而VvEBB则作为正调控因子在芽萌发过程中发挥作用。转录组分析显示，与对照植株相比，植物激素信号通路，特别是涉及脱落酸（ABA）、吲哚乙酸（IAA）和细胞分裂素（CK）的信号通路，在VvSVP4（VvSVP4oe）和VvEBB（VvEBBoe）过表达植株中显著富集。此外，ABA、IAA和CK的内源激素水平变化与转录组数据呈正相关。在内休眠阶段，VvSVP4直接促进ABA受体基因VvPYL9的表达，从而维持芽的休眠状态。相反，在生态休眠阶段，VvEBB基因迅速上调表达，并负向调控与蔗糖非发酵-1-相关蛋白激酶亚家族2基因（VvSAPK2）的表达，促进芽休眠的解除。综上所述，本研究全面阐释了VvSVP4 和 VvEBB 基因在休眠和芽萌发中的作用，整合了细胞周期调控和多种激素信号通路的见解。

镉（Cd）胁迫严重威胁着苹果的生长发育。乙烯反应因子（ERFs）是转录因子（TFs）的主要家族，在镉胁迫抗性中起着关键作用。在这项研究中，我们发现ERF转录因子MdERF114在镉胁迫下被诱导。在苹果（Malus domestica）根系中的过表达MdERF114减少了植物体内镉的积累，增强了植株对镉胁迫的耐受性。酵母单杂交（Y1H）检测、双荧光素酶检测和电泳迁移率变化检测表明，MdERF114直接结合MdATG16的启动子并激活其表达以增加自噬活性，从而提高了对镉胁迫的抵抗力。此外，MdMYB306与MdERF104相互作用，通过促进MdERF114对MdATG16启动子的结合来增强对镉胁迫的抗性。我们的研究结果揭示了MdMYB306-MdERF114-MdATG16影响苹果对镉胁迫抗性的重要机制。

磷是一种重要的营养元素，对植物生长和生态系统功能至关重要。土壤磷循环具有维持植物生长和生产力、调节生态系统养分平衡、增强生态系统适应性和恢复力等多种作用。这一循环受恢复方式和微生物群落动态等因素的影响。然而，在喀斯特生态系统，恢复方式改变磷循环的程度和潜在的微生物机制仍然知之甚少。磷循环多功能指数是评价土壤磷循环功能的综合指标，为了解不同修复方式间磷循环的变化提供依据。为了研究不同修复方式下土壤磷循环多功能指数的变化及其微生物机制，我们分析了土壤有效磷、总磷、微生物生物量磷含量以及酸性磷酸酶和碱性磷酸酶的活性。利用这些数据，对中国亚热带喀斯特生态系统6个样点的两种恢复方式（人工恢复森林（AF）和自然恢复森林（NF））和对照（农田，CP）的z得分进行平均，计算磷循环多功能指数。同时，测定了土壤有机碳、交换性钙和交换性镁、pH、容重、微生物生物量碳和微生物生物量氮，以及携带phoD基因细菌的群落结构、相对丰度、多样性指数和共生网络。结果表明，携带phoD基因细菌的群落结构在AF、NF和CP之间以及在不同温度梯度之间都存在显著差异。这些细菌的共现网络的复杂性和紧密性从CP到AF再到NF增加，酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性也增加，但总磷和有效磷含量则相反。土壤磷循环多功能性指数在NF显著高于AF和CP，指数的变化受恢复、温度、微生物生物量碳、微生物生物量氮、有机碳、可交换性钙、容重、携带phoD基因细菌群落结构和可交换性镁的显著影响。此外，自然恢复对磷循环多功能性指数的影响比温度更显著，其提高了土壤有机碳、微生物生物量、携带phoD基因细菌群落结构的复杂性和共生网络紧密度以及酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性，但降低了土壤容重。与优势菌属相比，稀有菌属对土壤磷循环多功能性指数的影响更显著。本研究强调了喀斯特生态系统中携带phoD基因细菌的稀有属在驱动土壤磷循环多功能性方面的重要性，另外，自然修复在提高土壤有机质和微生物群落复杂性方面比人工方法更有效。

氮(N)肥施用和降雨驱动的土壤酸化对农业生态系统中土壤无机碳(SIC)可长期保持稳定的传统概念提出了挑战。但SIC变化与降雨和氮肥施用的关系仍需进一步明确。本研究以四川盆地1980年代(1980-1985)和2010年代(2017-2019)两个时期分别采集的4000多个土壤样点为基础，建立机器学习模型来填补土壤样点缺失的SIC值，通过配对生成两个时期3697对土壤样点，分析了四川盆地近40年来耕地SIC的变化特征，并探讨了其与降雨量和氮肥施用量的关系。结果表明，四川盆地耕地SIC总体上下降15.73%。SIC变化量随土壤初始pH值和初始SIC含量的变化而变化，并与土壤pH变化量呈指数关系，这表明土壤碳酸盐在提供酸缓冲能力方面的作用随土壤pH变化而改变。SIC下降幅度与氮肥施用量呈抛物线关系，低施氮量有助于减少SIC损失量，而施氮量超过250 kg ha^-1 yr^-1时，SIC损失量增加。SIC随降雨量呈正弦变化，年均降雨量950 mm为控制SIC增加或减少的阈值。施氮并未改变SOC变化与年均降雨量间的正弦关系，在年均降雨量＜950 mm的地区，高施氮量不会引起SIC损失，而在低施氮量的地区，高降雨量也会导致SIC较大的损失。这些结果表明，SIC变化由降雨和施氮共同驱动，并受到与初始pH值和初始SIC相关的酸缓冲机制控制，其中降雨是主要驱动因素。上述结果说明需要开展更多的区域土壤观测和深入研究SIC变化及其机制，以准确估算区域SIC变化。

在持续气候变化背景下，复合极端事件发生频率日益增加，已对全球粮食安全构成严重威胁。与单一极端事件相比，多个极端事件的同时发生会加剧农作物产量的下降，然而，针对这类复合影响的系统评估仍相对有限。为弥补这一研究空白，本研究采用线性混合效应模型，定量评估了1982年至2016年间，单一极端事件（寒冷日（CD）和致死温度日数（KDD））以及三种复合极端事件（热浪与低降水（HWLP）和高温干燥大风（HDW））对全球冬小麦、大豆和玉米产量的影响。结果表明，在受极端事件严重影响的地区（超过95%分位阈值），CD、KDD、HWLP和HDW分别导致农作物总产量损失超过9.16%、24.89%、26.69%和7.12%。复合极端事件的不利影响在作物关键生育期尤为显著。HWLP在抽穗至收获期每暴露10小时可导致冬小麦和玉米产量分别下降9.4%和6.8%，而在播种至三叶期可使大豆产量下降8.8%。同样，KDD在抽穗至收获期每增加10°C·日可使冬小麦产量下降7.4%，在播种至拔节期可使玉米产量下降9.5%，在播种至三叶期可使大豆产量下降3.8%。研究结果强调了复合极端事件在决定全球主要粮食作物产量中的重要作用，这一因素在现有的风险评估中往往被忽视。

随着人们对大米营养品质关注度的提升，米糠油作为稻米副产品的高附加值开发方向日益受到重视。水稻种子中油酸含量偏低，限制了米糠油的营养价值和氧化稳定性。已有研究证实脂肪酸去饱和酶基因OsFAD2在油酸代谢中发挥关键作用，但目前在水稻中对其育种利用仍较少，尤其对其农艺性状影响研究有限。本研究以主栽粳稻品种苏垦118为材料，应用CRISPR/Cas9技术敲除OsFAD2-1基因，构建高油酸突变体。通过脂肪酸组分检测发现，突变体中油酸含量显著升高，亚油酸含量下降，脂肪酸组成得到优化。同时，对T₂代材料进行农艺性状与RVA指标分析，结果显示突变体主要农艺性状保持稳定，部分指标表现优于对照。本研究明确了OsFAD2-1对水稻籽粒脂质组成的调控作用，为功能型稻米的分子育种提供了新思路，也为米糠油品质提升及水稻副产物的高值化利用奠定了基础。

全球范围内频繁发生的极端高温（HT）事件严重制约了水稻生产。本研究旨在探究轻度土壤落干（MD）这一可控措施能否替代传统的充分灌溉（WW）模式，从而更有效地缓解高温胁迫对光温敏核不育（PTGMS）水稻雌蕊受精的影响，并研究油菜素甾醇（BRs）在此过程中所起的作用。本研究选取两个PTGMS水稻品种，在开花期分别置于正常温度（NT）和HT处理，同时设置WW和MD两种灌溉模式。在传统的WW模式下，淹水会使根系和雌蕊中的BRs因过度分解而含量降低，削弱了由根系活力驱动的主动吸水过程，也无法缓解因叶片气孔开放受限而受阻的蒸腾拉力所驱动的被动吸水过程。这导致植株体内水分失衡，抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA - GSH）循环受到抑制，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NOX）活性过强，进而削弱了雌蕊功能。在HT胁迫下，这进一步加剧了雌蕊受精障碍，导致杂交种子产量下降。相反，采用MD模式可促进根系和雌蕊中BRs的合成并抑制其分解，从而增强根系活力和蒸腾驱动的吸水能力，维持了植株的水分平衡。同时，MD模式通过抑制雌蕊中NOX的活性，并增强AsA - GSH驱动的氧化还原内稳态，保障了雌蕊功能，进而有效缓解了HT胁迫引起的雌蕊受精障碍和杂交种子产量损失。本研究还通过遗传学和化学方法进一步证实了BRs在介导MD缓解HT胁迫下PTGMS水稻雌蕊受精障碍中的确切功能。综上所述，与传统的WW模式相比，MD模式通过促进BRs含量增加能更有效地缓解HT胁迫对PTGMS水稻雌蕊受精的负面影响。

油菜作为一种多功能作物，可以摘薹作为蔬菜。摘薹会导致产量降低，而增施氮肥能带来增产效益。然而，摘薹后施氮量对角果生长、氮肥利用效率（NUE）及籽粒产量的影响尚不明晰。本研究开展为期两年的田间试验，设置四个施氮水平（0 [N0]、90 [N1]、180 [N2] 和 270 [N3] kg ha⁻⊃1;）以及两种摘薹处理（不摘薹 [CK]、摘薹 [SR]）。结果表明，在不同施氮水平下，摘薹均降低成熟期的群体生物量（PB）。但施氮不仅可增加摘薹后的群体生物量，还提高了菜薹中的可溶性糖和蛋白质含量。摘薹增加每角果粒数（13.5% - 26.9%），减少单株角果数（33.1% - 45.8%），降低油菜籽粒产量（19.5% - 38.4%）。而施氮有效地提高了产量相关指标，在不摘薹条件下使籽粒产量增加了 187.2% - 465.0%，在摘薹条件下籽粒产量增加 185.6% - 430.7%。并且，在不同摘薹处理下，施氮量为N3时籽粒产量均达到最高。在摘薹后 20 天，单位面积叶片氮含量（N_a）和净光合速率（Pn）有所增加，但叶片光合氮利用效率（PNUE）降低，从而导致氮肥利用效率（NUE）显著下降。在成熟期，虽然氮素供应增加了植株各器官的氮含量和群体生物量，但降低了NUE。在摘薹和高氮处理下，角果壳在开花后 25 天的净光合速率升高，这归因于摘薹和高施氮量优化了叶绿体超微结构以及核酮糖 - 1,5 - 二磷酸羧化酶（rubisco）和蔗糖合成酶（SuSy）活性。然而，角果壳中较高的氨基酸 / 可溶性糖含量比值（A/S）显著提高了籽粒中蛋白质含量，降低了油脂含量。尽管 SR×N3 处理下的油脂产量相较于 CK×N3 处理降低了 63.8% - 71.0%，但与 CK×N1处理油脂产量相当。研究结果表明，增施氮肥可改善角果壳碳代谢，缓解摘薹后的产量损失，但会降低油菜的氮肥利用效率和籽粒含油量。本研究结果为平衡油菜菜薹与籽粒协同生产，优化氮肥施用技术，实现可持续、高效的油菜种植提供了指导。

高密度种植能更好地发挥现代品种的增产潜力。然而，在传统行距条件下，增加种植密度会导致光照分布不佳和产量提升受限，这凸显了进一步探索与种植密度相适应的最佳行距的必要性。为评估通过改变行距延迟冠层下部叶片衰老对冠层光合性能的影响及其对产量的调控作用，本研究以郑单958为材料进行了为期两年的田间试验（2019-2020年）。设置了四个处理：LR60（6.75 株·m⁻⊃2;, 60 cm 行距，常规种植）；HR60、HR80 和 HR100（均为 8.25 株·m⁻⊃2;, 行距分别为 60、80 和 100 cm）。对冠层结构、群体光合作用和籽粒产量进行了定量分析。测定了玉米冠层叶面积指数（LAI）、光合有效辐射（PAR）、冠层表观光合作用（CAP）、生物量分配和产量。结果表明，与 LR60 相比，高密度处理显著提高了产量。在高密度处理中，与 HR60 相比，HR80 两年的平均产量增加了 8.47%。这主要归因于 HR80 增强了吐丝后冠层下部对光合有效辐射的利用，延缓了穗下层叶面积指数（LAI）的下降，并提高了冠层表观光合速率（CAP），从而显著增加了生物量积累。与 HR100 相比，HR80 平均增产 8.17%，这是由于其在灌浆期的辐射利用效率（RUE）显著提高。此外，与 HR60 和 HR100 相比，HR80 的源库比显著增加，⊃1;⊃3;C 光合产物向籽粒的分配增加，穗粒数也显著增加。因此，行距配置应与种植密度相适应以获得最佳产量。具体而言，适宜的行距可以优化群体结构，增强冠层中下部的光照分布，提高冠层表观光合作用和光能利用率，从而支持玉米获得更高产量。

草地螟（鳞翅目：螟蛾科）是亚欧地区农牧业生产中的重要迁飞性害虫。利用植物挥发性有机化合物（pVOCs）作为引诱剂进行害虫监测与防控，是一种环境友好且高效的防治策略。然而，目前针对草地螟的pVOCs防控研究仍较为有限。本研究采用动态顶空采样技术，收集了草地螟雌虫偏好产卵的三种寄主植物（灰绿藜、狗尾草和紫花苜蓿）释放的挥发性物质，通过气质联用技术（GC-MS）鉴定出55种化合物，其中16种化合物在0.001-100 µg µL^-1浓度范围内可引起草地螟成虫的电生理反应。进一步的室内行为学实验证实，芳樟醇、顺式茴香醇、反式-2-己烯醛和1-辛烯-3-醇这4种生物活性化合物对草地螟具有显著引诱效果，特别是当以5:1:5:10（25号配方）和5:1:1:10（21号配方）比例复配时，对成虫的引诱作用最为显著。田间试验结果显示，装载21号配方的2号诱捕器表现出最佳的田间诱捕效果。本研究证实，基于pVOCs的引诱剂可有效应用于草地螟成虫的监测和防控，为开发新型植物源引诱剂提供了重要思路。

磷（P）的持续供应是作物生产中不可或缺的要素。然而，磷资源具有不可再生性，亟需通过可持续管理策略来系统解决其从农业生态系统流失引发的富营养化等环境问题和保障全球粮食安全，本研究旨在通过优化施肥措施来减少磷肥投入。2018-2023年，在陕西关中石灰性塿土上开展“冬小麦-夏玉米”轮作体系田间定位试验，设置 8个处理，即 CK (不施磷肥)、FP (常规施磷)、RP (推荐施磷)、RP₈₀ (减磷20%)、SRP₈₀（减磷20%结合秸秆包裹磷肥）、ARP₈₀（减磷20%结合硫酸铵代替尿素）、SARP₈₀ (综合调控措施：减磷20%结合秸秆包裹磷肥结合和硫酸铵代替尿素)、SARP₆₀（综合调控措施：减磷40%结合秸秆包裹磷肥和硫酸铵代替尿素)。测定了作物产量、磷吸收以及磷效率，并采用Tiessen-Moir磷素分级法测定土壤磷组分。结果表明：除RP₈₀外，施磷处理籽粒产量较CK均有显著提高，增幅在14.9-28.8%。减磷20%结合增效措施（秸秆包裹磷肥和硫酸铵代替尿素）可以显著提高磷农学效率、回收率、表观利用率和偏生产力，增效措施显著提高了土壤活性态和中活性态磷含量。秸秆包裹磷肥和硫酸铵代替尿素主要通过活化中活性态磷组分，促进中活性态磷组分向活性态磷组分转化来提高土壤磷素有效性，从而提高作物产量。因此，秸秆包裹磷肥和硫酸铵代替尿素是石灰性土壤冬小麦-夏玉米轮作体系减磷增效的最有效措施。

小麦（Triticum aestivum L.）是全球重要的主要粮食作物，其籽粒微量元素含量对人类营养和健康起着至关重要的作用。本研究以来自黄淮冬麦区和北部冬麦区选育的272份小麦品种（系）作为试验材料，通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定了三个环境下小麦籽粒铁、锰、铜、锌、硒、镉、铬和砷含量。基于RNA测序获得的176357个分子标记（包括163223个SNP和13134个InDel）进行全基因组关联分析（GWAS）。研究结果显示，在多环境下检测到196个与籽粒微量元素含量性状关联的显著标记，分布在21条染色体上。其中，14个显著标记同时在多个环境中稳定检测到，共形成13个QTL，与45个候选基因相关联。同源比对显示29个是拟南芥/水稻中已知功能基因的直系同源基因，16个是新发现的候选基因。单倍型分析表明，TraesCS6A02G204300^Hap2显著提高了籽粒铁含量。因此，本研究为小麦籽粒微量元素积累的遗传结构提供了一定的参考价值，同时将为培育提高微量元素含量的小麦品种和保障食品安全提供了新的遗传资源。

由条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici , Pst）引起的条锈病是影响我国小麦安全生产的重要病害。小麦品种矮抗58（AK58）自2005年推广以来一直对条锈病表现出较高水平的抗性，但是其抗条锈病遗传基础尚不清楚。用AK58分别与Avocet S和科农9204杂交产生含有128个家系的AAK F_2:8重组自交系(RIL)和含有1042个家系的KAK F_2:3群体解析AK58的抗条锈病遗传基础。此外，对688份小麦种质（Panel 1）组成的自然群体进行全基因组关联分析（GWAS）和选择性清除分析（sweep selection）以验证目标区段的抗病单倍型和对388份中国小麦品种与高代育种系（Panel 2）组成的自然群体进行分子标记检测评估AK58中抗病位点的使用情况。其中两个遗传群体的表型和基因型来源分别是杨凌(YL)和贵阳(GY)两地五个生长季(2017-2022)的表型数据和GBW16K SNP芯片基因型数据以及KASP标记的基因分型。通过QTL定位，在染色体1BL、2BS、2BL、5BL和7BL（3个QTL）上共检测到7个抗条锈病QTL位点。其中，位于2BL的QYrak.nwafu-2BL经分析鉴定为抗病基因Yr5b，对条锈菌生理小种V32L表现全生育期抗性；位于7BL染色体715.77 - 733.25 Mb（基于中国春 RefSeq v.2.1）区域内的三个QTL位点分别被命名为YrAK58.1、YrAK58.2和YrAK58.3。其中，YrAK58.1为抗病基因Yr6，YrAK58.2对多个Pst小种具有全生育期抗性并且在田间也表现出有效抗性，而YrAK58.3在所有田间环境中都表现出稳定的成株期抗性。其余QTL的抗性受环境影响，且作用效果较小。通过GWAS和选择性清除分析显示，在不同育种群体中，7BL染色体上的3个QTL所在区域存在人工选择信号。利用与Yr6、YrAK58.2和YrAK58.3紧密连锁的分子标记能够检测三个位点的单倍型组合，并且在Panel 2中仅有3.6%的小麦材料同时检测到这三个基因，表明三个位点的抗性基因组合在未来抗性育种改良中具有很大应用前景。

提高土壤有机碳(SOC)储量是实现农业可持续发展的重要途径。然而，在农业生产中, 使用豆科绿肥作物替代部分化学氮肥能否实现这一目标, 尚不明确。本研究通过为期六年的田间定位试验，探究绿肥间作结合化学氮肥减量对土壤有机碳储量的影响及土壤团聚体组成与碳固存之间的关系。试验采用裂区设计，主区设置三种种植模式：玉米间作箭筈豌豆(M/V)、玉米间作油菜(M/R)以及单作玉米(M), 在副区设置两种施氮梯度：常规施氮量(N2, 360 kg ha^-1)和减量施氮(N1, 270 kg ha^-1, 减少25%)。基于2020-2022年连续采集土壤样本。获得结果显示, 与单作玉米相比, 绿肥间作(M/V和M/R)显著提升了SOC含量, 三年平均增幅达12.1和9.1%，有效弥补了因施氮量减少25%所产生的负面影响。M/V与M/R之间无显著差异。在单作玉米中, N1条件下的SOC含量较N2处理降低了9.3-10.5%；但在间作绿肥模式(M/V和M/R)下, N1和N2处理的SOC储量差异并不显著。在N1处理下, M/V和M/R的土壤有机碳含量分别比单作玉米高20.9和16.3%, 而在N2处理下, 二者与单作玉米无差异。随着种植年限的延长，间作绿肥模式表现出显著的累积效应影响, 2022年这两种间作系统在0-20 cm土层的SOC含量相较于2020年提高了5.3%。减氮条件下, 间作绿肥与单作玉米相比, 增加了大团聚体(>0.25 mm)的比例及团聚体稳定性(MWD和GMD), 同时降低了微团聚体(<0.25 mm)的比例。结构方程模型表明，种植模式和施氮水平主要是是通过调控大团聚体组成和团聚体有机碳（AOC）间接影响SOC。相关性分析进一步揭示大团聚体组成与SOC含量呈显著正相关 (R²=0.64)。此外, 间作绿肥及减量施氮能够通过增加土壤有机碳含量维持较高的作物产量。本研究证实, 在绿洲灌溉区实施间作绿肥结合化学氮肥减量25%是优化土壤团聚体组成增加土壤有机碳汇、提高玉米产量的可行措施。

Plant-pathogen interactions are complex, multifaceted processes involving various participants, including insect vectors and parasitic plants, that play a crucial role in the spread of plant diseases. This review explores the intricate relationships between plants, pathogens, and insect vectors, emphasizing these interactions' ecological and epidemiological significance. Insect vectors, such as aphids, leafhoppers, whiteflies, and beetles, transmit various plant pathogens, including viruses, bacteria, fungi, and Phytoplasmas, through different mechanisms. The transmission mode can be direct or indirect, continuous or discontinuous, depending on the biology of the pathogen and the insect vector. We differentiate between noncirculative and circulative pathogen transmission pathways and describe how pathogen movement within insect bodies influences their ability to spread diseases to new plant hosts. The impacts of these interactions extend beyond agricultural productivity to encompass significant economic losses, environmental challenges, and potential human health risks due to excessive use of chemical controls. Understanding these complex dynamics is essential for designing effective disease management strategies and developing environmentally sustainable control measures. This review synthesizes current knowledge on the transmission mechanisms, types of plant pathogens, and the consequences of insect-mediated disease spread, providing insights crucial for advancing plant protection and integrated pest management practices.

农业是社会经济发展的基础，受到天气和气候条件的高度影响。干旱是农业发展和粮食安全面临的最严重威胁之一。目前，基于气象站的地面干旱监测和基于遥感数据的干旱监测均存在局限性，包括更新频率低、覆盖范围有限和精度不足。为了监测中国黑龙江省的农业干旱，本研究利用多源遥感数据，整合降水、地表温度、土壤湿度和植被指数，构建了不同时间尺度(3、6、9和12个月)的多源复合干旱指数(MCDIs)。本研究利用多种遥感数据计算了一系列单一干旱指数，包括降水条件指数(PCI)、土壤湿度条件指数(SMCI)、植被条件指数(VCI)和温度条件指数(TCI)，并采用多变量线性回归方法将这些指数整合为MCDIs。分析结果表明，与单一干旱指数相比，MCDIs与标准化降水蒸散指数(SPEI)具有更高的相关性。在不同MCDIs与受灾作物面积及主要粮食产量的相关性分析中，MCDI-9与受灾作物面积的相关性最高，而 MCDI-12与粮食产量的相关性最高。这表明，不同时间尺度下的 MCDI-9和 MCDI-12是农业干旱的更优指标。MCDI 的时空分析结果表明，黑龙江省的干旱主要发生在早春，并逐渐从大兴安岭地区向东南平原扩展。随后干旱在夏季逐渐缓解，并在秋收期结束。因此，本研究构建的MCDIs可作为黑龙江省及类似地区有效的干旱监测方法和指标。

高抗性淀粉稻米因其独特的健康功效而备受关注，其在改善2型糖尿病患者血糖控制、促进心血管健康及调节肠道菌群等方面具有重要应用前景。然而，高抗性淀粉水稻品种的选育仍存在诸多技术瓶颈。本研究从籼稻ZJ100的突变体库中鉴定出一个高垩白突变体chalk2，其直链淀粉与蛋白质含量显著升高，支链淀粉比例发生改变，同时总淀粉与脂质含量显著下降。抗性淀粉含量分析显示，chalk2中两类抗性淀粉（RS2和RS3）含量较野生型大幅增加。chalk2突变体还表现出粒长、粒宽和粒厚减小，结实率下降，最终导致产量显著降低。通过连锁分析、Mut-Map分析和转基因互补实验，我们确定淀粉分支酶家族成员SBEIIb是导致chalk2表型的关键基因。SBEIIb是一个胚乳特异表达基因，编码蛋白定位于质体。进一步研究发现，chalk2突变体中SBEIIb的表达水平、酶活性和蛋白含量均显著降低，同时伴随多个淀粉合成代谢基因表达变化。这些结果表明，SBEIIb在调控籼稻淀粉组分及抗性淀粉形成过程中发挥核心作用。本研究揭示了SBEIIb调控籼稻中抗性淀粉形成的分子机制，为高抗性淀粉水稻的分子设计育种提供了重要理论依据和基因资源。

多数对农业安全生造成严重危害的植物病毒都依赖于昆虫介体进行传播。病毒及其编码的蛋白进入宿主细胞核的过程是其复制和感染扩散的关键环节。灰飞虱（Laodelphax striatellus）传播的水稻条纹病毒（Rice stripe virus，RSV），是水稻上最具破坏性的病原物之一。本研究发现，RSV侵染能显著诱导灰飞虱经典与非经典核转运途径相关基因的表达。其中，灰飞虱核转运蛋白β家族成员—importin5（LsIPO5）在RSV感染的中肠中表达量显著上调了84%。进一步研究发现，RSV非结构蛋白NS3上的核定位信号（NLS，¹⁶⁸YRSPSKKRHKYV¹⁷⁹）能够直接与LsIPO5结合，从而促进NS3的核转运过程。此外，灰飞虱RING型E3泛素连接酶（LsRING）介导的NS3泛素化修饰，不仅增强了NS3与LsIPO5的结合，还增加了NS3在灰飞虱细胞的核周定位。当同时沉默LsIPO5和LsRING基因时，灰飞虱体内的RSV载量显著降低。这些结果表明泛素化修饰与LsIPO5协同促进了NS3的核转运，从而增强了RSV的复制。我们的研究揭示了RSV在昆虫介体中感染的分子协同机制，并为通过昆虫介体控制植物病毒病传播提供了潜在靶标。

对粮食供需和生态系统服务流的全面评估对于确定粮食流动路径、确保区域粮食安全和指导可持续发展管理战略至关重要。然而，目前的研究主要集中在短期的粮食供应服务上，忽略了不同尺度粮食流动的时空变化，制约了粮食供需动态匹配关系识别和优化策略的制定。本研究基于1980-2020年京津冀（BTH）地区不同尺度粮食供应服务供需的时空演变特征，引入增强型两步移动搜索法（E2SFCA），量化了粮食供应生态系统服务流，分析了不同流动情景下供需匹配的变化，并探讨了粮食流动的最优距离阈值。结果表明，粮食产量呈东南高-西北低的空间分布格局，供需错配显著且具有尺度效应，赤字区主要集中在京津冀地区的西北部，盈余区则主要集中在中南部地区。随着空间尺度的增大，生态系统服务供需比（SDR）分类越聚集，尺度越小SDR空间异质性越明显。本研究分别基于100公里和200公里距离阈值，考察了粮食供应生态系统服务流的两种不同情景，研究期内流量显著增长，情景一从2.170×10⁶吨增至1.181×10⁷吨，情景二从2.41×10⁶吨增至1.237×10⁷吨，并形成了从中部及南部地区向四周流动的空间格局。其中，大额流动集中在市内，市域间高额流出量多发生在保定市、石家庄市、邢台市以及衡水市。在县尺度内，两种情景粮食流量后的供需匹配格局较为相似，值得注意的是，与无粮食流动的情况相比，纳入粮食流显著减少了赤字区的数量，2020年，两种情景下粮食赤字县个数分别下降28.79%与37.88%，赤字城市分别下降12.50%与25.0%。此外，两种流动情景下，县尺度实现最优供需匹配的距离阈值均大于城市尺度。本研究为了解粮食匹配动态关系和异质性模式提供了有价值的见解，拓展了不同时空尺度粮食与生态系统服务流动的研究视角。

芙新姬小蜂Neochrysocharis formosa（膜翅目：姬小蜂科）为本地寄生蜂，具有孤雌产雌和两性生殖两个品系，对外来入侵害虫番茄潜叶Tuta absoluta（鳞翅目：麦蛾科）具有较好的生防潜力。本研究通过选择性实验（包括5种寄主龄期比例）评价两种品系芙新姬小蜂对番茄潜叶蛾的控害行为和寄主偏好性；以7个不同种群密度（5-40头）的1龄幼虫为研究对象，评价两种品系芙新姬小蜂的功能反应。寄主控害行为和龄期选择性实验结果表明，随1龄幼虫比例的增加，两种品系寄生蜂对番茄潜叶蛾幼虫的致死率明显增加；与较高龄期幼虫相比，两种品系芙新姬小蜂更倾向于产卵寄生、寄主取食和叮蛰致死1龄寄主幼虫，而且孤雌产雌品系较两性生殖品系对番茄潜叶蛾的控害能力更强。功能反应评价结果显示，两种品系芙新姬小蜂的控害率与寄主密度呈正相关关系；其中，两种品系寄生蜂的产卵寄生行为、以及孤雌产雌品系的寄主叮蛰致死行为III型功能反应，而两种品系寄生蜂的寄主取食行为、以及两性生殖品系的寄主叮蛰致死行为为II型功能反应，表明在番茄生态系统早期建立孤雌产雌品系芙新姬小蜂可以提高对番茄潜叶蛾的控制作用。研究结果对明确芙新姬小蜂孤雌产雌品系和两性生殖品系的功能特性动态具有重要指导意义，并且可以为制定世界性重大入侵害虫—番茄潜叶蛾的有效生物防治方案提供理论支撑。

长期施用有机肥能有效缓解土壤酸化，增加固碳潜力和养分有效性，提高农田土壤肥力水平。然而，有机肥长期施用对酸性土壤N₂O排放的影响机制尚不清楚。基于此，本研究依托连续36年施肥处理（包含不施肥, CK; 常规施化肥, F; 2倍常规化肥用量, 2F; 单施有机肥, M; 化肥配施有机肥, FM）的酸性旱地红壤定位试验，研究不同施肥处理的土壤N₂O排放特征及其与初级氮素矿化速率、初级硝化速率、硝化和反硝化功能微生物的关联性。与CK处理相比(1.34 μg N kg^–1 d^–1)，施肥处理N₂O排放平均增加了34倍，其中有机肥配施处理N₂O排放(10.6–169 μg N kg^–1 d^–1)显著高于单施化肥处理(3.26–5.51 μg N kg^–1 d^–1)。有机肥施用引起的N₂O排放增加强度与增加的土壤酸碱度、团聚体稳定性、底物有效性、氮素矿化速率和反硝化功能基因比值(nirK+nirS)/nosZ密切相关。这些研究结果表明有机肥施用通过缓解土壤酸化、增加底物有效性、改善土壤结构等方式，增强氮素矿化和反硝化介导的N₂O产生过程，促进N₂O排放。进一步研究发现，氨氧化细菌而非氨氧化古菌与土壤硝态氮含量和N₂O排放显著正相关。这表明硝化过程通过为反硝化供应硝态氮，间接促进N₂O产生和排放。总体而言，有机肥施用通过缓解土壤酸化、增加底物有效性等，增强氮素矿化和反硝化介导的N₂O产生过程，提高N₂O排放潜力。这些研究结果表明当我们通过施用有机肥等方式缓解土壤酸化和提升肥力水平时，应综合考虑有机肥施用引起的温室气体排放，实现农业绿色可持续生产。

耕地撂荒已成为全球性问题，对耕地可持续管理、国家粮食安全和生态环境保护等构成重大威胁。遥感技术对于大尺度区域内撂荒耕地的识别和监测至关重要，然而，目前关于黄土丘陵沟壑区撂荒耕地的有效识别方法和空间分布格局的研究较少。本研究基于2019-2021年Landsat-8影像，提出了土地利用轨迹和归一化植被指数（NDVI）时间序列法，对延河流域的撂荒耕地进行监测并分析其空间分布。结果表明，利用随机森林算法、可靠的土地覆盖样本和优化特征数据集可以实现高精度的年度土地利用分类。土地利用图的总体精度（OA）和Kappa系数分别超过90%和0.88，证明了三年以来分类的有效性。我们使用两种不同的变化检测方法对研究区的撂荒耕地进行识别，并评估其精度和有效性。土地利用轨迹法对撂荒耕地的提取效果优于NDVI时间序列法，其OA值为83.5%，F1值为84.7%。根据土地利用轨迹检测结果，2021年研究区的撂荒耕地面积为164.6 km²，撂荒率为16.3%。此外，耕地撂荒主要发生在自然条件恶劣的西北部，南部和东部地区的撂荒较少。地形地貌对撂荒耕地的空间分布有显著影响，撂荒耕地大多位于海拔较高、坡度较大的山区。撂荒率一般随着海拔和坡度的升高而增加。本研究结果为黄土丘陵沟壑区撂荒耕地识别方法的选择及其空间分布分析提供了有价值的参考和指导。我们提出的方法为类似复杂地形地区的撂荒耕地监测和优化土地利用变化检测提供了可靠的解决方案。

农田通常被定义为适宜或实际用于种植作物的土地，其应用术语种类多样，包括“farmland”“arable land”“cultivated land”等。然而，科学文献中常忽视这些术语的细微差异。术语使用的不一致易引发研究结论与政策讨论的歧义，阻碍了耕地领域的研究对比与数据应用。本研究通过对5214篇科学论文进行文献综述，结合独立性检验、聚类分析与相关性方法，系统性地揭示了六类农田相关术语的应用差异。结果表明：（1）耕地术语在学科偏好上具有显著差别。生物多样性与保护领域倾向使用“farmland”以强调人类活动影响，地质学与计算机科学则偏好“cropland”；地理学研究为明确地理边界多采用“cultivated land”，而工程类文献更关注“arable land”；（2）耕地术语应用具有突出的区域差异。中国学者与“cultivated land”呈现强关联性，美国研究则多使用“agricultural land”。这种区域差异同时受到农业机械化水平、殖民历史及移民模式等多因素驱动。本研究首次系统解析了农田术语的学科与区域异质性，提出术语标准化对促进跨学科数据融合、提升全球农业环境政策协调性的重要意义。

日本脑炎（Japanese encephalitis, JE）是由日本脑炎病毒（Japanese encephalitis virus, JEV）引起的一种蚊媒人畜共患病毒病。JEV可引起母猪流产和公猪睾丸炎。疫苗接种仍然是预防和控制该疾病的最有效策略。研究表明，近年来基因I型（GI）JEV已取代了基因III型（GIII）JEV成为优势基因型。然而，目前商品化的JE疫苗均是GIII JEV毒株，包括广泛使用的减毒活疫苗SA14-14-2。而且GIII JEV疫苗针对GI毒株攻击不能提供完全的免疫保护。本研究在小鼠和公猪模型上进行了GI JEV减毒活疫苗株（SD12-F120）免疫攻毒保护试验，以评估其对相同基因型JEV强毒攻击的免疫保护效果。该疫苗接种小鼠后可诱导针对GI JEV强毒株（SD12）高水平的中和抗体，对GI型JEV强毒株（SD12）攻击提供完全保护。SD12-F120免疫的公猪血液、口鼻拭子和睾丸中均未检测到病毒，诱导针对GI强毒株（SD12）中和抗体滴度达1：64。组织病理学分析显示，SD12-F120免疫组的公猪在攻毒后睾丸间质细胞和各阶段的精原细胞未发生病变。结果表明，减毒活疫苗SD12-F120（GI）对GI型JEV强毒株（SD12）攻击提供了完全保护，可有效预防睾丸炎发生。由此可见， SD12-F120（GI）是一种有前景的减毒活疫苗候选株，可用于控制GI 型JEV的传播。

【目的】鉴定调控猪产肉性能与肉品质的关键基因对生猪产业可持续发展至关重要。本研究旨在系统解析转录因子锌指蛋白6（ZBED6）对猪胴体性状和肉品质的作用，并深入探究其分子调控机制，评估其缺失猪作为新型种质资源的应用潜力。【方法】基于ZBED6缺失猪模型，通过生长性能评估、肉品质测定和多组学分析等方法，活体水平解析ZBED6对骨骼肌生长的作用和机制。在C2C12成肌细胞中敲低Zbed6，离体水平验证ZBED6的靶基因和关键信号通路。最后，采用90天大鼠亚慢性毒性实验评估ZBED6缺失猪肉的安全性。【结果】与对照组相比，ZBED6缺失猪生长性能和胴体性能显著提高，其体重显著增加15.18%（P<0.01）、饲料转化率显著降低21.45%（P<0.01）、胴体瘦肉率提升6.21%（P<0.001）。肉品质和营养价值评估表明，ZBED6缺失猪的肉色红度值（a*）提高17.27%（P<0.05），蒸煮损失率降低2.00%（P<0.05），n-3多不饱和脂肪酸提高3.85%，必需氨基酸总量增加6.74%。联合RNA-seq、定量蛋白质组学和ChIP-seq等多组学方法，筛选出ISLR和Wnt/β-catenin信号通路是ZBED6的靶基因和下游信号通路；在C2C12细胞中敲低Zbed6，显著上调ISLR表达，并激活经典Wnt/β-catenin通路，促进成肌细胞分化，进一步验证ZBED6缺失通过负调控ISLR表达和激活Wnt/β-catenin通路促进骨骼肌生长并改善猪肉品质。最后，通过毒理实验表明长期饲喂ZBED6缺失猪肉对大鼠血液生化指标、器官系数等均无显著影响（P>0.05），证明ZBED6缺失猪肉的安全性。【结论】本研究首次证实ZBED6缺失通过促进ISLR的表达，激活Wnt信号通路从而促进生猪骨骼肌生长，系统阐明了其提升产肉效率和改善肉品质的分子机制。【创新性】本研究基于ZBED6缺失猪，首次揭示ZBED6缺失通过靶向抑制ISLR介导Wnt/β-catenin信号通路激活进而促进猪骨骼肌生长和改善肉品质的分子机制，实现生猪骨骼肌生长和猪肉品质的双向改良，为ZBED6基因编辑猪的未来生产应用提供了理论参考。

分蘖数量是决定甘蔗（Saccharum spp. hybrids）产量的关键农艺性状。独脚金内酯（Strigolactones, SLs）作为植物激素，对株型建成具有重要调控作用。DWARF27（D27）是SL生物合成途径中的关键酶，可催化类胡萝卜素的可逆异构化反应。甘蔗D27同源基因ScD27.2的启动子区含有非生物胁迫响应元件，提示其在SL生物合成与胁迫应答中具有重要作用，可能通过调控分蘖数等性状影响甘蔗产量。阐明其调控机制将为培育高产、抗逆甘蔗新品种提供理论依据。本研究通过RNA干扰（RNAi）和过表达（OE）技术对甘蔗品种新台糖22号（XTT22）中关键胡萝卜素异构酶基因ScD27.2进行遗传调控。结果显示：与野生型相比，ScD27-RNAi-2株系的ScD27.2表达量显著降低，分蘖数显著增加；而ScD27-OE-1、ScD27-OE-5和ScD27-OE-9株系的基因表达量显著升高，分蘖数显著减少。其中ScD27-OE-9株系侧芽萌发明显受抑，而ScD27-RNAi-2株系耐旱性显著降低。在正常光温水管理条件下，转基因植株的分蘖数和株高均呈现显著差异。长期干旱胁迫下，ScD27-RNAi-2株系的株高显著低于野生型和ScD27-OE-9株系，呈现矮化多蘖表型。进一步检测发现ScD27-RNAi-2株系的SLs含量显著下降。本研究推测ScD27.2通过调控甘蔗分蘖数响应干旱胁迫，且干旱相关转录因子ScMYB44可能参与ScD27.2对干旱胁迫的应答过程。

准确测定玉米的辐射利用效率（RUE）对评估气候变化对玉米生产的影响至关重要。本研究选取了我国吉林省三个玉米品种：郑单958（ZD958）、先玉335（XY335）和良玉99（LY99），在高密度（9 株/m⊃2;）的最优种植条件下，对玉米在营养生长期、生殖生长期及整个生育期的辐射利用效率进行研究。结果表明，玉米群体光截获量在开花期达到峰值，开花后玉米植株生物量持续积累。基于吸收光合有效辐射（APAR），计算了玉米不同品种不同阶段的RUE。从整个生育期来看，三个玉米品种的RUE平均为5.71 g MJ^-1 APAR，三个品种由高到低依次为ZD958（5.85 g MJ^-1 APAR）>XY335（5.64 g MJ^-1 APAR）>LY99（5.07 g MJ^-1 APAR）。三个玉米品种营养生长期和生殖生长期平均RUE平均为6.85 g MJ^-1 APAR和5.64 g MJ^-1 APAR。以APSIM为代表的基于RUE的作物模型预测玉米地上部生物量积累时，RUE值（3.6 g MJ^-1 APAR）显著低于在高密最优种植条件下测得的值。因此，为准确估算此类种植条件下玉米的潜在产量，建议将RUE调整至5.07-5.85 g MJ^-1 APAR。

猪δ冠状病毒（PDCoV）是一种新发的猪肠道冠状病毒，可引起哺乳仔猪急性腹泻、呕吐、脱水和死亡。该病毒不仅严重危害养猪业的健康发展，其潜在的跨物种传播风险更值得关注。PDCoV的非结构蛋白14（nsp14）抑制β干扰素（IFN-β）的机制不清。在本研究中，我们发现PDCoV的nsp14蛋白能够通过泛素-蛋白酶体和自噬-溶酶体途径，特异性靶向降解干扰素信号通路中的关键接头蛋白MAVS、MyD88和TRAF3。PDCoV nsp14通过招募E3泛素连接酶MARCH8介导MAVS、MyD88和TRAF3蛋白的泛素化修饰。泛素化后的蛋白被货物受体NDP52识别，并转运至溶酶体降解，有效抑制IFN-β的表达。这一过程揭示了PDCoV nsp14在抑制天然免疫和促进病毒复制中的重要作用。我们还发现：宿主细胞中的MAVS、MyD88和TRAF3蛋白也能够通过激活NDP52介导的选择性自噬途径降解PDCoV的nsp14蛋白，抑制nsp14拮抗天然免疫。

本研究揭示了PDCoV nsp14与宿主蛋白之间的相互博弈机制。一方面，PDCoV nsp14通过选择性自噬途径降解宿主蛋白，抑制宿主的天然免疫，为病毒的复制和增殖创造有利条件；另一方面，宿主细胞通过选择性自噬途径降解PDCoV nsp14蛋白，试图清除病毒并维持自身的免疫防御功能。这种双向蛋白降解机制的发现，不仅阐明了PDCoV免疫逃逸的核心策略，更为理解冠状病毒与宿主的协同进化提供了新视角。本研究为开发靶向病毒免疫逃逸机制的广谱抗冠状病毒药物奠定了理论基础。

在中国，越来越多农民采用直播稻。虽然直播稻的影响得到了一些研究，但直播稻采用对农药施用影响的证据却很少。本研究利用2018年对中国长江流域982位稻农的调查数据，研究了直播稻采用对农药施用的影响，并且采用内生处理回归模型和转换回归模型来解决自选择问题。结果表明，在考虑自选择问题后，采用直播稻的农户与未采用直播稻的农户相比，每公顷多花费401.72元购买农药。虽然直播稻采用大幅增加了杀虫剂、杀菌剂和除草剂的使用，但其对杀虫剂和除草剂支出的正向影响分别最大和最小。通过替换因变量、对研究样本进行极端值删除以及改变计量估计方法，本研究证实了研究结果的稳健性。异质性分析表明，对于年龄在60岁以下、至少受过6年教育、水稻播种面积小于2公顷的农民来说，直播稻采用对农药支出的正向影响更大。基于这些结果，本研究建议应加强直播稻配套技术普及、直播稻栽培技术推广和社会化服务。总之，本研究更加全面地论述了直播稻的优缺点，重点关注其对农药施用的影响，为减少农药施用提出了重要的政策建议。

交配行为作为昆虫繁衍的重要环节，有助于后代种群的延续。表皮碳氢化合物（Cuticular Hydrocarbons, CHCs）是调控昆虫交配行为的一类重要化学信号分子。然而，目前对天敌昆虫大灰优蚜蝇（Eupeodes corollae）的交配行为及其CHCs的化学通讯机制仍缺乏系统研究。本研究通过行为试验系统解析大灰优蚜蝇的交配动态，利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）鉴定大灰优蚜蝇雌、雄虫CHCs组成，并采用气相色谱-触角电位联用技术（GC-EAD）和触角电位技术（EAG）筛选触角活性组分，进一步通过行为试验测定活性组分对其行为选择及交配的调控作用。结果表明，大灰优蚜蝇交配过程划分为五个行为阶段：定向、靠近、振翅、爬背和求偶。其中，5日龄个体展现出最高的求偶率和交配成功率，同时雄虫求偶前所用搜寻时间最短，求偶持续时间稳定。表皮化合物分析显示，雌、雄个体CHCs呈现单态性化学特征，其中顺-9-二十三烯和正二十三烷均能显著引起雌、雄虫触角电生理反应。行为试验表明，顺-9-二十三烯对大灰优蚜蝇雌、雄个体均有显著吸引作用，并能有效调控雄虫求偶行为。以上研究不仅为深入解析食蚜蝇化学通讯机制提供了新视角，更为开发基于信息素的行为调控技术提供了科学依据，对实现害虫防控具有重要应用价值。

Elevated CO₂ (eCO₂) may mitigate stress-induced damage to cotton (Gossypium spp.) growth and development.  However, understanding the early-stage responses of cotton to multiple abiotic stressors at eCO₂ levels has been limited.  This study quantified the impacts of chilling (CS, 22/14°C, day/night temperature), heat (HS, 38/30°C), drought (DS, 50% irrigation of the control), and salt (SS, 8 dS m^-1) stresses on pigments, physiology, growth, and development of fourteen upland cotton cultivars under ambient CO₂ (aCO₂, 420 ppm; current) and eCO₂ (700 ppm; future) levels during the vegetative stage.  The eCO₂ partially negated the effects of all stresses by improving one or more of the pigments, physiological, growth, and development traits, except CS.  For instance, HS at aCO₂ significantly increased stomatal conductance by 36% compared with non-stressed plants at aCO₂.  However, HS at eCO₂ significantly decreased stomatal conductance by 18% compared with HS at aCO₂.  The first squaring was delayed by one day under SS at aCO₂ but two days earlier under SS at eCO₂ than non-stressed plants at aCO₂.  Root and shoot dry mass and the total leaf area were significantly higher under all stresses, except for CS, at the eCO₂ compared with similar stresses at the aCO₂.  Most growth and development traits, including plant height, leaf area, and shoot dry mass, displayed a mirroring response pattern between aCO₂ and eCO₂ under all environments except CS.  Cultivars exhibited significant interaction with stressed environments.  Further, results revealed differential sensitivity and adaptation potential of cultivars to stress environments at varying CO₂ levels.  This study highlights the need to consider eCO₂ in designing breeding programs to develop stress-tolerant varieties for future cotton-growing environments. 

土壤耕作会改变土壤与水稻秸秆之间的相互作用，从而影响土壤质量和镉（Cd）动态变化。然而，土壤耕作与水稻秸秆管理对土壤Cd积累和水稻Cd吸收的影响尚不明确。本研究探讨了耕作与秸秆方式如何通过改变土壤Cd迁移和生物有效性来影响水稻Cd吸收。设置了长期田间定位试验，包含四种处理：免耕+秸秆还田（NTS）、旋耕+秸秆还田（RTS）、翻耕+秸秆还田（PTS）和翻耕+秸秆不还田（PT）。结果表明，不同耕作方式下水稻各器官（根、茎、叶和稻米）Cd含量表现为NTS>RTS>PTS，其中仅有PTS处理稻米Cd含量低于0.2 mg kg⁻⊃1;。PTS处理稻米平均Cd含量较NTS和RTS处理分别显著降低了56.76%和25.88%。偏最小二乘路径模型显示，土壤有效Cd（Avail-Cd）和弱酸可提取态Cd（Aci-Cd）的降低以及水稻根表铁膜（IP）的形成，是减少稻米Cd含量的关键因素。PTS处理通过降低土壤容重，提升土壤有机质含量、pH值和Nitrospirota和Bacteroidota菌门的相对丰度，使得土壤Avail-Cd和Aci-Cd含量降低。此外，PTS处理通过提高土壤养分和Fe²⁺含量、改善水稻根系形态、增强根系抗氧化活性促进水稻IP的形成，从而抑制水稻Cd吸收。尽管PTS处理较PT处理增加了土壤总Cd和Avail-Cd含量，但因其促进IP形成而有效降低了水稻对Cd的吸收，最终两者间稻米Cd含量没有差异。因此，长期实施翻耕结合秸秆还田是稻作系统中既能提高土壤质量，又能有效降低水稻Cd吸收的有效措施。

厘清关键土壤养分的空间分布及其变异机制有助于脆弱喀斯特生态系统的可持续发展。生态修复举措涉及土地利用变化等，因其实施导致的土壤养分空间分布特征变化仍不清楚。本研究基于区域尺度的样品采集利用描述性统计、地统计和空间分析方法探究0-15 cm表层土壤养分的空间变异及其驱动因素。结果表明：土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）和全钾（TK）含量皆属中等程度变异，其变异系数分别为0.60、0.60、0.71和0.72；其全局莫兰指数分别为0.68、0.77、0.64和0.68，表明存在明显正向空间自相关；其局部莫兰指数皆较低，表明存在较大的空间变异；其最优半变异模型分别是球状、高斯、指数和指数模型。据中国第二次土壤普查养分分级标准，SOC和TN是相对丰裕的，其极丰富和丰富等级面积累计占比分别为90.9和96.0%；TP属于中等-贫乏水平，其中等和贫乏等级面积占比分别为33.7和30.1%；TK是贫乏的，其贫乏、非常贫乏和极其贫乏等级面积累计占比87.6%。因此，相较于土壤氮，研究区内的陆地生态系统更易受土壤磷和钾的限制。此外，影响因素的方差分解表明，相较空间和环境变量，其它土壤特性对养分变异的贡献更大。以上结果可为研究区内陆地生态系统的管理提供理论依据。

秸秆还田在提高碳固存和氮吸收方面已表现出显著潜力，同时还能促进植物生产力。然而，在秸秆还田条件下，水稻植株—土壤系统中光合碳以及外源氮的具体转运和分布情况仍不清楚。基于此，我们在双季稻系统中进行了一项长期秸秆还田定位试验，设置秸秆移除（F）、秸秆焚烧还田（SBR）和秸秆还田（SR）处理，以使用¹³C脉冲和¹⁵N同位素示踪技术研究碳固存和外源氮吸收。结果表明，在水稻植物—土壤系统中，与SBR和F处理相比，SR显著提高了土壤¹³C丰度，增幅为24.4%—25.4%，地上部植物中¹³C积累量（18.4%—35.8%），以及穗中¹⁵N的积累量（12.8%—34.3%）。这些变化增加了植株—土壤系统中总有机碳的含量以及水稻籽粒产量。SR显著提高了光合碳向土壤中转移，增幅达9.8%。对于水稻器官而言，与SBR相比，SR在叶片和茎中表现出更高的光合碳分布，但在穗中分布较低。说明秸秆还田有利于将光合碳固定到土壤中；相反，在¹⁵N分布中观察到了相反的趋势。此外，SR增加了对肥料尿素和土壤氮源中氮的吸收，将氮回收率提高了9.2%—12.5%，并降低了氮素残留。相关性分析表明，SR 提高了叶片和根部¹³C的积累量，同时降低了所有水稻器官中¹⁵N的丰度，从而增加了水稻的产量。 偏最小二乘法路径模型表明，SR 下水稻产量的增加主要与水稻—土壤系统中¹³C积累量有关。研究结果表明，长期秸秆还田有利于增加水稻植物—土壤系统中光合碳和外源氮的固存，特别是氮素利用效率，从而提高水稻和土壤的生产力。

荞麦（Fagopyrum tataricum）是一种未充分利用的孤儿作物，具有重要的营养和药用价值，且对逆境有较好的耐受性。然而，这种环保作物对盐胁迫敏感，盐胁迫会导致水分流失、气孔关闭，影响光合作用和代谢，降低荞麦的产量和质量。因此，了解荞麦的盐胁迫耐受机制至关重要。在本研究中，我们通过全基因组关联分析（GWAS）确定了在第2号染色体上包含35个候选基因的位点，这个位点与荞麦的盐耐受性显著相关。转录组分析表明，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 Aurora-3（FtAUR3） 家族基因在盐胁迫下上调表达。在 FtAUR3 启动子中单核苷酸的缺失会导致 FtAUR3 表达增加，从而增强荞麦对盐的耐受性。FtAUR3 在荞麦毛状根中的过表达导致了类黄酮的积累，包括芦丁和肉桂酸，并在盐胁迫下诱导了类黄酮生物合成基因 （如PAL、C4H、F3H和F3’H） 的表达。此外，过表达 FtAUR3 的拟南芥相较于野生型拟南芥增强了盐耐受基因 （SOS1、AVP1等） 的表达，增强了植物对盐胁迫的耐受性。同时，在盐胁迫下，FtAUR3 显著提高了 ROS 通路成分的水平，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶，进而改善植物的盐耐受性。另外，我们证明了 FtAUR3 与 ROS 通路中的关键酶 FtGAPB 相互作用，提出了 FtAUR3 参与 ROS 信号的潜在机制。综合这些结果，证实了FtAUR3 在荞麦耐盐胁迫中可能发挥重要的积极作用。

基因编辑系统在阐明植物基因功能和促进分子设计育种方面具有广泛的潜力。然而，单引导rna（sgRNAs）的效率各不相同，通过生物信息学准确预测其效率仍然存在挑战，特别是在棉花（陆地棉）等作物中。在本研究中，我们开发了一种快速、有效的方法，利用一个瞬时表达系统来验证棉花中sgRNAs的功能，它可以在三天内完成。本研究选择6个基因12个靶点，观察到通过稳定和瞬态转换获得的编辑效率呈正相关，皮尔逊相关系数（R2）为0.71。我们的研究通过评估多个基因的不同gRNA序列的效率，证实该方法可以快速评估gRNA对基因组的编辑效率，从而通过预筛选提高基因编辑的工作效率。

棉花（Gossypium）是一种重要的经济作物，为全球纺织业提供了大部分天然纤维。次生细胞壁（SCW）构成棉纤维干物质的主体，是决定棉花产量和质量的关键因素。本研究采用纤维特异性启动子proFbl2A，在次生细胞壁合成阶段的棉花纤维中控制八氢番茄红素合成酶和1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶融合基因的表达，从而提高转基因棉花纤维中的类胡萝卜素和脱落酸（ABA）水平。与野生型对照相比，ABA上调的棉花纤维中次生壁合成提前，同时伴随次生细胞壁阶段特异性基因和关键次生细胞壁调节因子的表达提前。同时发现ABA信号传导的正向bZIP转录因子（GhbZIP27b、GhbZIP37b和GhbZIP66b）可以结合并激活关键次生细胞壁调节因子（GhTCP4A、GhFSN1和GhMYB7D）的启动子。此外，这些bZIP还可以与两个乙烯合成酶基因（GhACS10和GhACO3）相互作用并促进其表达。我们的数据表明，提高类胡萝卜素和ABA合成水平可以通过激活关键转录因子启动棉花次生壁的合成，并通过上调乙烯生物合成促进次生细胞壁的增厚。

调环酸钙（Pro-Ca）可以积极调节作物对盐碱胁迫的耐受性。然而，施用Pro-Ca的最佳浓度及其增强大豆耐盐碱性和产量的机制仍不清楚。本研究旨在确定外源施用Pro-Ca的最佳浓度，并揭示Pro-Ca对盐碱胁迫下大豆修复和产量响应的潜在机制。结果表明，盐碱胁迫通过触发活性氧（ROS）产生，导致Na⁺过度积累对基粒片层造成氧化损伤，从而对大豆幼苗的形态和生理特性产生负面影响。施用100 mg L⁻¹ Pro-Ca为最佳，通过显著降低盐碱胁迫下的Na⁺吸收来改善干物质积累和归一化植被指数（NDVI）。此外，综合生理、超微结构和转录组数据表明，Pro-Ca显著增强了抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环，通过上调相关基因的表达来增强抗坏血酸过氧化物酶（APX）、谷胱甘肽还原酶（GR）、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）和单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）的活性以及AsA/DHA和GSH/GSSG的比率以淬灭ROS，从而保护内囊体膜和线粒体膜免受降解。编码抗坏血酸和醛酸代谢的差异表达基因（DEGs）在膜的组成部分中显著富集（P<0.05）。此外，Pro-Ca处理上调了盐碱胁迫下编码光系统的基因表达，降低了光抑制和气孔限制（L_s），并减轻了盐碱胁迫引起的光系统损伤和产量下降。总之，叶片喷施Pro-Ca可通过抑制Na⁺内流、增强AsA-GSH循环、维持生物膜系统和提高光合效率来有效增强大豆幼苗对盐碱胁迫的耐受性。

普遍胁迫蛋白（USPs）不仅在植物非生物胁迫抗性中发挥重要作用，还参与植物生长发育调控。然而，USPs对植物淀粉生物合成的调控作用尚未见报道。本研究从高淀粉含量甘薯株系H283中克隆得到IbUSP17基因，其编码蛋白定位于细胞核。IbUSP17在高淀粉含量株系及贮藏根快速膨大与淀粉积累时期显著高表达。过表达IbUSP17基因显著提高甘薯块根的淀粉含量尤其是支链淀粉比例，且未降低块根产量，上调淀粉生物合成相关基因的表达，增强支链淀粉合成关键酶活性，并提高淀粉生物合成相关代谢物含量；沉默该基因则产生相反的效应。这些结果建议，过表达IbUSP17基因通过上调淀粉生物合成相关基因表达及关键酶活性，尤其是支链淀粉合成途径，增加淀粉含量。本研究首次揭示了USP基因在淀粉生物合成中的作用，IbUSP17基因可望用于提高甘薯淀粉产量和改善淀粉品质。

由于不合理耕作方式和气候变化的影响，表土深度持续降低，严重制约了玉米产量的可持续提高。然而，表土深度影响作物生理生化的机制尚不清楚，特别是光合作用及碳同化方面。为了研究表土深度对玉米光合过程、碳同化和产量的影响，本研究采用双因素随机区组设计，在60,000株/hm²（常规密度，D1）和90,000株/hm²（高密度，D2）两个种植密度条件下，构建了10 cm（S1）、20 cm（S2）、30 cm（S3）、40 cm（S4）和50 cm（S5）共五个表土深度。结果表明，增加表土深度显著提高了玉米的籽粒产量，在D1和D2条件下最大增幅分别为43.6%和55.6%。增加表土深度也增加了叶绿素含量、最大光化学效率（F_v/F_m）、实际光化学效率（ΦPSII）和光合酶活性（包括核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Rubisco）、磷酸烯醇丙酮酸羧化酶（PEPC）和丙酮酸正磷酸二激酶（PPDK））。随着这些参数的增加，植株在达到光饱和点时能保持较高的净光合速率（P_nmax），在D1和D2条件下最大增幅分别为68.0%和75.7%，从而在生理成熟期时产生更多的干物质。表土深度的增加使¹³C光合产物在玉米茎、叶和籽粒中的分布增多，从而使植株碳同化能力，分配效率以及叶片光合能力增强。综上所述，增加表土深度是确保玉米高产稳产的重要因素，而产量的增加与表土深度变化引起的生理差异密切相关。