【目的】基于当前“双碳”战略目标，厘清农业净碳汇现状特征、时空格局及其影响因素，为加快推进农业增汇减排提供重要支撑。【方法】在科学重构指标体系的基础上，利用碳汇/碳排放因子法对中国农业净碳汇进行测算并分析其现状特征；而后运用空间自相关模型探讨其空间依赖性与空间异质性；最后利用最小二乘法剖析影响农业净碳汇强度变化的主要因素。【结果】2005—2022年中国农业净碳汇总量虽存在一定年际波动，但整体上升趋势明显，结合其演变特征可大致划分为“持续上升”“波动下降”“快速上升”与“缓慢上升”4个阶段；农业净碳汇强度同样处于上升态势仅演变轨迹略有区别，结合其增速差异可大致划分为“持续较快增长”“缓慢增长”“波动起伏”与“缓慢增长”4个阶段。2022年农业净碳汇量省际差异较大，且以内蒙古居首，上海最末，相比2005年所有省份均显著增加；2022年农业净碳汇强度以河南居首，青海最末，相比2005年所有省份均有不同程度提升。中国省域农业净碳汇强度整体表现出明显的空间依赖性，同时也存在局部空间聚类现象，超过7成省份呈现出明显的空间集聚特征，且位于高-高集聚和低-低集聚的省份数量正趋于接近。耕地利用结构、城镇化水平、农村居民收入水平和农业内部产业结构均对农业净碳汇强度产生显著影响。具体表现为粮食作物播种面积占比越高、或城镇化率越高、或农村居民收入水平越高、或种植业与畜牧业占比越大，农业净碳汇强度越高。【结论】中国农业净碳汇总量与强度均处于波动上升态势，且省际间差异明显；中国农业净碳汇强度表现出明显的空间依赖性与空间异质性；农业净碳汇强度受耕地利用结构、城镇化水平、农村居民收入水平和农业内部产业结构等因素的影响。应通过建立健全低碳农业发展政策支持体系、强化省际交流与合作、加大财政支农资金投入力度等措施推进增汇减排，促进农业净碳汇量的提升。

【目的】合理增密配合适量施氮是玉米丰产增效的重要技术途径，研究氮密互作对玉米生长、生育期内耗水量及水分利用率的影响，可为玉米增密控氮条件下水资源的高效利用提供技术依据。【方法】分别于2022和2023年在吉林省设置田间试验，采用良玉99和德美亚3两个玉米品种，设置5、7、9万株/hm² 3个种植密度和0、100、200、300 kg N·hm^-2 4个施氮水平，研究种植密度和施氮量对不同品种玉米各生育时期植株干重、土壤含水量、耗水量、水分利用效率和籽粒产量及水分生产力的影响。【结果】种植密度显著影响玉米植株干重和籽粒产量，但品种间响应趋势不同。良玉99在种植7万株/hm²的产量较5、9万株/hm²两年平均分别显著提高11.1%和18.3%，德美亚3种植7、9万株/hm²较5万株/hm²两年平均分别显著提高10.5%和9.3%。施氮显著提高玉米植株干重和产量，且与品种、密度存在显著交互作用。与N0相比，良玉99施氮增产38.0%—60.7%，德美亚3增产24.4%—38.2%，良玉99施氮产量增幅更高。随种植密度的提高，2个品种在低施氮量与高施氮量下产量差距均呈逐渐增大趋势，且良玉的表现更为明显。种植密度和施氮量也显著影响玉米对水分的消耗和利用，且密度与品种间存在交互作用。德美亚3的生育期总耗水量随密度的增加呈持续上升趋势，而良玉99以种植7万株/hm²显著高于其他密度。不同密度条件下，2个品种的耗水量均随施氮量的增加而持续上升。受年际降雨量及分布的影响，玉米不同生育时期的水分利用效率对种植密度和施氮表现出复杂的响应趋势。良玉99在种植5、7万株/hm²的水分生产力较9万株/hm²两年平均增幅为8.6%和10.4%；德美亚3则在种植7万株/hm²的水分生产力最高，较5、9万株/hm²增加5.8%和5.3%。施氮对玉米水分生产力的影响在不同密度下存在差异，总体上低密度下施氮处理间差异较小，而中、高密度下显著增大。相比德美亚3，良玉99的水分生产力在中、高密度施氮后的增幅更高。相关分析表明，氮密互作通过影响玉米植株各生育阶段对水分的利用而显著影响产量和水分生产力。【结论】氮密互作显著影响东北雨养区玉米产量与水分利用，良玉99和德美亚3在适度增密至7万株/hm²配合200 kg N·hm^-2施氮量条件下可获得较高产量和水分生产力。

落粒性是限制水稻产量的重要因素之一，培育落粒性适中的水稻新品种是全球水稻育种面临的重要挑战。水稻作为我国最重要的粮食作物之一，为国家粮食安全提供了重要保障。落粒性是水稻驯化过程中最重要的性状之一，离层是控制水稻落粒性的重要部位。与野生稻相比，栽培稻的离层发育不完整，导致其落粒性降低。落粒性不仅会影响粮食产量，同时也影响其对机械化收割的适应性。因此，培育落粒性适中的水稻新品种成为解决这一问题的主要方法。在生产上，为了培育落粒性适中的水稻品种，需要对重要落粒基因进行挖掘与利用，并将其导入优良水稻品种中进行遗传改良，从而获得适应于机械化收割的水稻新品种。前人通过图位克隆等方法克隆了多个落粒基因，如SH4/SHA1、qSH1、OsSh1/ObSH3等，并对其功能机制进行了解析。同时，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术、γ射线诱变技术和基因导入等方法，成功创制了一批落粒性适中的水稻新材料。落粒性对粮食产量和水稻的收获方式有重要影响。本文从水稻落粒性的鉴定方法、生理基础、落粒性基因的克隆，以及落粒性遗传调控网络等方面进行了综述，同时，提出通过在优异的水稻种质资源中对落粒基因进行利用，为探索水稻落粒性的遗传机制和选育适用于水稻机械化收获的水稻新品种提供参考。

【目的】实现玉米养分高效利用的遗传改良是保障国家粮食安全的重要途径。挖掘玉米氮高效QTL与相关候选基因可为提高玉米氮肥使用效率，为培育高产高效玉米品种提供理论基础。【方法】通过对KA105/KB024构建的重组自交系群体在不同氮素处理下的籽粒产量以及氮肥偏生产力、耐低氮系数、氮肥农学利用效率进行QTL定位分析，同时，结合亲本KA105在苗期低氮水平下的转录组数据筛选差异表达基因，利用共表达分析挖掘玉米氮效率候选基因，并利用qRT-PCR对筛选到的候选基因进行验证。【结果】通过定位分析，共检测到36个分布在不同染色体上的QTL，可解释1.63%—17.26%的表型变异。其中，鉴定到8个表型变异解释率超过10%的主效QTL，7个在不同性状或环境下共同被鉴定到的遗传稳定QTL。其中，位于第1染色体的qNNGYP1在前人研究中被多次检测到，其表型解释率可达11.73%，不同环境下多个QTL（qNNGYP1和qPFPN1）在此区间内被检测到，可作为重点区段进行更进一步的研究。结合苗期低氮胁迫下转录组数据，在QTL区间内共筛选到39个差异表达基因，进行共表达网络预测后，鉴定到6个节点基因作为候选基因，qRT-PCR结果显示，在2种氮处理下，候选基因的表达趋势与转录组数据相同。其中，GRMZM2G366873参与生长素稳态的调控，可能通过生长素信号转导参与玉米低氮胁迫、干旱胁迫与硼胁迫的响应，并调控玉米穗长；GRMZM2G414192参与光合系统对低氮胁迫的响应，其蛋白含量受油菜素甾醇调控；GRMZM2G414043与玉米粒长及生物量相关；GRMZM2G040642可能参与氮的远距离信号传导。【结论】检测到36个QTL，分布于第1、4、5、7、8和9染色体上，其中，包含8个主效QTL（PVE>10%）。筛选到GRMZM2G366873、GRMZM2G414192、GRMZM2G414043、GRMZM2G040642可作为玉米氮效率候选基因。

随着水稻栽培技术的持续优化，近十年我国稻谷产量均保持在2.1亿t左右的高位。直播稻作为一种高效、轻简的栽培技术，受到了广大种植户的青睐。但实际生产中，直播稻较移栽稻在我国的应用仍存在一些争议。为此，本文采用荟萃分析（meta-analysis）方法量化了直播稻和移栽稻对产量、经济效益、稻米品质、倒伏性状及温室气体排放的影响差异。总体来讲，与移栽稻相比，直播稻产量显著下降了6.3%，主要原因是群体总颖花量（-3.8%）和结实率（-1.8%）显著降低。我国不同种植制度下直播稻的产量均显著下降，其中单季稻（-10.9%）和双季晚稻（-13.1%）产量下降的幅度显著高于中稻（-4.8%）和双季早稻（-4.4%）；吉林、辽宁、新疆、宁夏、山东、江苏和浙江直播稻产量的降幅达10%—20%，黑龙江和江西直播稻产量的降幅为5%—10%，其他省份直播稻产量较移栽稻差异不显著。从经济效应来看，种植直播稻能获得与移栽稻相当的净收益（P>0.05）。直播稻显著降低了精米率（-3.1%）和胶稠度（-3.5%），改善了外观品质（垩白粒率和垩白度分别下降了25.3%和22.5%），对营养品质和食味值的影响均不显著。直播稻显著提高了茎秆基部第1节间（+12.4%）和第3节间（+10.3%）的倒伏指数，对第2节间倒伏指数的影响不显著，这表明种植直播稻会增加倒伏的风险。从温室气体排放来看，与移栽稻田相比，直播稻田甲烷排放（-42.8%）、全球增温潜势（-36.2%）和温室气体排放强度（-41.1%）均显著下降，但提高了氧化亚氮排放（+29.1%）。此外，笔者在氮素利用与损失、水分利用效率、能量利用效率和草害发生对直播稻和移栽稻的响应进行了简要综述和比较分析。最后，分别在品种筛选、栽培技术优化、种植区域布局和政策服务方面提出了未来直播稻发展的建议，以期为我国直播稻栽培技术创新与区域化应用提供数据支撑和科学依据。

【目的】分析2000—2020年四川小麦品种的产量及产量相关性状变化趋势，为四川小麦品种的产量遗传改良提供参考。【方法】2019—2022年，采用小区试验设计，测定2001—2016年以来145份四川省审定小麦品种及2000—2020年以来的60份高产小麦品种（四川省历年区试中产量位于前列的品种）的产量及产量相关性状，进而分析2000—2020年来四川小麦育成品种的产量及产量相关性状的变化趋势。【结果】145份2001—2016年四川小麦品种产量年均遗传增益为37.20 kg·hm^-2或0.66%，穗粒数和单位面积有效穗数呈增加趋势，千粒重和株高呈降低趋势。相关分析表明，单位面积有效穗数和产量呈极显著正相关，通径分析表明，单位面积有效穗数的持续增加（年均增加0.42×10⁴/hm²或0.13%）是145份2001—2016年四川小麦品种产量潜力提升的主要因素；60份2000—2020年四川高产小麦品种产量年均遗传增益为61.10 kg·hm^-2或0.89%，单位面积有效穗数呈增加趋势，株高呈降低趋势，穗粒数和千粒重几乎无变化。相关分析表明，产量与单位有效面积穗数呈显著正相关，通径分析表明，单位面积有效穗数的持续增加（年均增加1.80×10⁴/hm²或0.51%）也是60份2000—2020年四川高产小麦品种产量潜力提升的主要因素。【结论】近20年来，四川省小麦产量遗传改良育种取得一定进展，尤其是高产育种产量改良效果显著，四川省小麦品种产量水平正在逐步提升，单位面积有效穗数的持续增加是四川小麦品种产量潜力提升的主要因素。在产量要素中，高穗粒数和千粒重是四川小麦高产的重要基础，但其遗传改良处于瓶颈期。在此基础上，增加单位面积有效穗数是四川小麦产量进一步提升的关键。

【目的】FWL（Fruit Weight2.2-Like）基因是细胞增殖的负调控因子，不仅调控植物器官发生和大小，也参与调控植株金属离子转运积累及信号转导，解析OsFWL3功能，有助于揭示作物体内微量金属元素转运机制，为减少重金属积累、改善作物品质提供理论支持。【方法】通过生物信息学方法，分析OsFWLs家族基因概况、基因组结构及系统进化树，并预测OsFWL3的时空表达分析。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，获得2个Osfwl3敲除株系，在苗期和灌浆期进行ZnSO₄处理，分析处理后的幼苗和籽粒表型，测定Zn等金属元素含量变化，探究OsFWL3对Zn等金属离子转运和积累的影响。【结果】OsFWLs家族基因功能存在一定程度的相似性。OsFWL3在花药和圆锥花序中高表达，暗示其与水稻生殖发育密切相关，突变体Osfwl3的一级枝梗数显著增多，其种子在长度、厚度和百粒重方面显著大于WT。同时，OsFWL3影响水稻幼苗和籽粒中Zn等金属离子的含量和分布，OsFWL3缺失影响Zn、Cd、Mn从植株地下部向地上部、穗下部向穗中部以及稃壳向糙米的竞争性转运。【结论】OsFWL3影响水稻籽粒及植株中Zn等金属元素的积累和转运，对水稻植株生长发育和籽粒大小均起重要调控作用。

【目的】挖掘控制棉籽大小性状相关的遗传位点和相关基因，为研究棉籽大小性状形成的分子机理奠定基础。【方法】以陆地棉构建的含有300个家系的重组自交系（recombinant inbred line，RIL）群体为研究对象，对4个环境的棉籽籽指、面积、周长、长度、宽度、长宽比、圆度7个性状进行表型鉴定，利用液相芯片对RIL群体进行基因分型，得到的高质量单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）位点和表型数据进行全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS），挖掘控制棉籽大小相关性状的数量性状遗传位点（quantitative trait nucleotides，QTN），对数量性状遗传位点进行遗传效应分析，筛选候选基因。【结果】7个棉籽大小相关性状在4个环境中均表现为连续正态分布，且具有明显的表型变异，变异系数的范围为1.82%-10.70%，性状的影响基本表现为基因型>环境>基因型×环境，适用于GWAS分析。相关分析表明，籽指与面积、周长、长度、宽度显著相关，长宽比与圆度显著相关，表明可能存在一因多效位点。利用3VmrMLM模型进行全基因组关联分析，共定位到47个与棉籽大小性状相关的数量遗传位点。A07染色体上共定位到11个数量遗传位点，其中，A07：71993462、A07：72067994和A07：72198802的位点物理位置接近，在4个环境中稳定存在，与棉籽籽指、面积、周长、长度和宽度关。这3个数量遗传位点位于A07染色体71.99-72.87 Mb区间，标记间R²的平均值>0.8（P<0.001），呈现较大的连锁不平衡。遗传效应分析发现，该区段存在2种单倍型，在棉籽大小的相关性状中，单倍型Ⅱ与单倍型Ⅰ差异性显著，表明该位点直接影响棉籽大小性状，可用于分子标记辅助选择。利用TM-1转录组数据对区间内的基因进行表达模式分析，发现Gh_A07G1767在棉籽发育阶段优势表达，Gh_A07G1766在棉籽发育阶段特异性表达，推测其在棉籽生长发育过程中发挥重要的作用。【结论】鉴定了47个QTN，筛选了2个与棉籽发育相关的候选基因。

【目的】稻蟹共生是中国北方稻作区主要稻田立体生态种养模式。水-土界面是稻田系统物质循环热区。研究稻蟹共生系统水-土界面微生物群落多样性及群落结构，旨在深入了解该模式下的水土界面微生态环境演变特征，为稻蟹共生系统水体和土壤生态健康研究提供理论依据和数据支撑。【方法】在辽宁省盘锦市典型稻蟹共作区选择8个长期水稻单作系统和8个长期稻蟹共生（>20年）系统，基于稻田水土理化指标测定和16S rRNA基因高通量测序技术，比较2种水稻种植系统对稻田田面水和界面土壤（0—2 cm）理化性质与细菌群落结构的影响。【结果】（1）河蟹引入减少了水土界面特有微生物群落，田面水和界面土壤特有OTUs数量分别降低27.0%和71.2%，对田面水alpha多样性无显著影响，但显著降低了界面土壤细菌群落丰富度。（2）河蟹引入显著改变了水土界面细菌群落结构组成（P<0.05），增加了田面水变形菌门（Proteobacteria）（30.4%）的相对丰度，降低了酸杆菌门（Acidobacteria）（39.9%）相对丰度；同时增加了界面土壤球菌门（Planctomycetes）（21.1%）的相对丰度，降低了绿菌门（Ignavibacteriae）（15.1%）与硝化螺旋菌门（Nitrospirae）（21.7%）的相对丰度。（3）Proteobacteria和Bacteroidetes既是2种稻田系统水土界面的核心物种，又是共现网络的关键物种，在稳定微生态网络方面发挥着重要作用。（4）河蟹引入降低了田面水细菌共现网络复杂度和稳定性，但增强了稻田界面土壤细菌共现网络复杂度和稳定性。（5）线性回归分析表明，田面水NO₃^--N浓度和界面土壤pH分别是影响田面水和界面土壤细菌群落结构多样性和稳定性的主要驱动因素。【结论】河蟹引入显著改变了稻田水土界面微生物群落结构和多样性，田面水中营养盐的增加有减弱水体微生物群落稳定性的风险，但稻蟹共生塑造了更加稳定的界面土壤细菌群落，有助于界面土壤的养分物质循环，提高作物养分利用效率。

【目的】小麦新品种泰科麦33兼具优质高产抗病等优良特性，遗传基础丰富，是一个具有较大应用潜力的新品种。通过构建泰科麦33基因型图谱，解析其遗传构成，为小麦新品种的选育和亲本选配提供依据。【方法】利用55K SNP芯片标记对泰科麦33及其系谱亲本中郑麦366、淮阴9908、豫麦47、PH82-2-2、豫麦13、豫麦2号、百农3217、偃大24、咸农39、丰产3号和阿夫等小麦品种（或品系）进行全基因组扫描，绘制基因型图谱，分析不同供试亲本对泰科麦33的遗传贡献，解析泰科麦33的遗传构成。【结果】泰科麦33及其供试系谱亲本之间的相似性系数为0.72—0.93，泰科麦33与郑麦366具有较大的遗传相似度，遗传相似系数为0.93。SNP标记分析表明，系谱母本和系谱父本对泰科麦33的遗传贡献率分别为66.57%和33.43%，两系谱亲本遗传贡献和理论值出现了较大偏离，说明泰科麦33更多地继承了系谱母本的遗传物质。在亚基因组水平上，系谱母本在A、B和D 3个亚基因组水平上的遗传贡献率分别为71.0%、85.0%和49.4%；而系谱父本的遗传贡献率分别为29.0%、15.0%和50.6%。在各染色体水平上，系谱母本在1A、2A、3A、4A、7A、1B-7B、1D和2D等14条染色体上遗传贡献率均高于系谱父本，系谱父本在5A、4D、6D和7D等4条染色体上遗传贡献率均高于系谱母本；系谱母本和系谱父本在6A、3D和5D等3条染色体上遗传贡献率相当。基因型图谱分析发现，系谱母本贡献位点分布在1A、5A、7A、2B、7B和2D染色体；系谱父本的贡献位点分布在4A、5A、6D和7D染色体上。对比泰科麦33与亲本郑麦366和淮阴9908的SNP多态性，发现有109个SNP位点与两亲本基因型均不相同，分布在除1A和6A之外的19条染色体上；泰科麦33在4A、2B、6B和7D染色体上的差异位点数目最多且成簇分布，各染色体差异位点数分别为10、9、11和9。【结论】构建了泰科麦33的基因型图谱，明确了其遗传构成特点；发现泰科麦33更多地继承了系谱母本的遗传物质，确定了其来源于不同亲本的贡献位点及自身特有的差异位点。

【目的】淀粉是小麦籽粒的主要成分，在加工过程中起着重要作用。而淀粉的糊化特性则是评估其品质的重要指标。深入研究淀粉糊化特性的遗传变异，为提升小麦的品质提供依据。【方法】通过对205份冬小麦品种（系）的糊化温度、峰值时间、峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、衰减值和回生值7个淀粉糊化性状进行表型测定，利用90K芯片进行全基因组关联分析，并对挖掘出的稳定且显著的位点进行单倍型分析。【结果】糊化温度等7个性状在不同环境间均表现出丰富的变异，衰减值的变异系数最大（29.31%—31.14%）。各性状在基因型、环境、基因型×环境间均呈现出极显著差异，广义遗传力为0.69—0.86。通过全基因组关联分析，共发现198个位点，这些位点与7个性状呈现出显著的关联，分布在除6D染色体外的其他20个连锁群。在2个及2个以上的环境中均稳定存在的位点有58个，涉及糊化温度（10个）、峰值时间（5个）、峰值黏度（12个）、低谷黏度（10个）、最终黏度（7个）、衰减值（4个）和回生值（10个）等所有7个性状，能解释遗传变异的5.54%—22.21%，发现新位点有21个。通过对多环境下存在且表型贡献率高的多效应位点进行单倍型分析，位于4A染色体的Kukri_c17417_407位点发掘到与峰值黏度和衰减值等性状显著相关的Hap1（占比66.84%）、Hap2（16.84%）、Hap3（9.70%）和Hap4（6.63%）等4个单倍型，其中，Hap2是高峰值黏度和高衰减值单倍型（P<0.0001）。含有单倍型Hap2的品种（系）在不同生态区中分布频率由高到低为黄淮冬麦区>国外品种>西南冬麦区>长江中下游冬麦区>北部冬麦区。有11个位点为一因多效位点，其中，最终黏度、回生值、峰值时间和低谷黏度等性状相关联的多效应位点均有3个。对位于1B、2A、3A、3B、4A、4B、5B和6B上的Jagger_c4026_328等11个稳定遗传的位点进行候选基因的挖掘，筛选到11个可能与小麦淀粉糊化性状相关的候选基因。【结论】RVA参数具有较高的遗传力，不同环境间的小麦淀粉RVA参数均表现较大差异。检测到58个与淀粉糊化性状显著关联的稳定位点，在4A染色体鉴定到与峰值黏度和衰减值等性状显著相关的4个不同单倍型，筛选出11个与淀粉糊化相关的候选基因，可为分子标记辅助优质小麦育种提供帮助。

【目的】通过位于华北平原的长期定位轮作试验，探究不同作物与小麦-玉米两熟轮作后土壤养分和团聚体养分分布差异，并进行土壤质量指数的综合评价，为改善华北粮田土壤耕层质量和产能提升提供科学理论依据。【方法】基于多样化作物轮作长期田间定位试验，以冬小麦-夏玉米（WM-WM）两熟复种连作为对照，设置春甘薯—冬小麦-夏玉米（Psw-WM）、春花生—冬小麦-夏玉米（Pns-WM）和春高粱—冬小麦-夏玉米（Ps-WM）3种两年三熟轮作模式。于2022年小麦开花期和收获期取土壤样品，测定土壤酶、团聚体稳定性及土壤和团聚体各粒级（>2.00、0.50—2.00、0.25—0.50、<0.25 mm）有机质、氮、磷、钾养分含量，综合评价不同轮作模式土壤养分分布特征和土壤质量指数（SQI）。【结果】与WM-WM相比，3种轮作模式都显著提高了0—40 cm土层无机态氮含量；Psw-WM显著提高了0—20 cm土壤有机质含量和团聚体>2.00 mm粒级全氮（0—10 cm）、速效钾（10—20 cm）和有机质（0—10 cm，>2.00和0.50—2.00 mm）含量及纤维素酶、过氧化氢酶和碱性蛋白酶活性；Pns-WM提高了20—40 cm土壤有机质含量和团聚体0.25—0.50和>2.00 mm（10—20 cm）粒级速效钾、团聚体有机质（0—10 cm，>2.00 mm；10—20 cm，>0.50 mm）含量及蔗糖酶、脲酶和碱性蛋白酶活性；Psw-WM提高了0—10 cm土壤团聚体稳定性，Pns-WM则提高了0—30 cm土壤团聚体稳定性。Pns-WM和Psw-WM都显著提高了SQI，并且Pns-WM显著高于Psw-WM；路径分析结果表明团聚体的平均质量直径是SQI提升的直接显著因子，而且还通过影响无机态氮含量间接对SQI具有显著正向调控作用，而有机质含量增加导致大团聚体比例增大是提高SQI的显著间接调控路径。【结论】豆科（花生）和块根（甘薯）作物与小麦-玉米轮作能够为改善华北粮田土壤耕层质量、提升土壤养分供应能力发挥重要作用。

【目的】基于田间分期播种试验，研究华北北部冬小麦、夏玉米播期调整，其生长发育、光合生理特性、籽粒灌浆和产量形成及品质对气候变暖的不同响应，为华北平原农业生产采取措施应对气候变化提供科学依据。【方法】采用分期播种方法，于2017-2023年在华北北部的河北固城农业气象国家野外科学观测研究站开展冬小麦和夏玉米的大田分期（早播10 d、正常播期、晚播10 d、晚播20 d）播种试验，获取冬小麦和夏玉米的生育进程、地上干物质累积和分配、叶片光合特性、籽粒灌浆速率以及产量农艺性状和籽粒营养成分等资料。【结果】冬小麦全生育期随播期推迟而缩短，主要原因在于冬前幼苗期缩短；夏玉米全生育期与播期呈抛物线关系，播期每推迟10 d，幼苗期缩短1.3 d，花粒期和籽粒形成-灌浆期分别延长1.5和1.6 d。冬小麦、夏玉米籽粒灌浆过程对播期调整的响应完全不同，冬小麦籽粒灌浆特征在播期间反应并不敏感，夏玉米籽粒灌浆速率在播期间差异较小，但籽粒形成期、灌浆结束日期和峰值日期因播期推迟顺次延后，且灌浆持续日数因播期每推迟10 d，灌浆持续日数缩短4 d。北方麦区在秋暖和冬暖背景下，冬小麦播种期界限延宽，播期对产量的影响明显减弱，播期推迟配套增加播种量，产量不减且会小幅增产；夏玉米产量随播期推迟明显递减，理论产量播期每推迟10 d递减率1 381.50 kg·hm^-2，但冬小麦和夏玉米晚播20 d产量都凸显跳跃变小。播期每推迟10 d，冬小麦籽粒分配率递增1.67%，夏玉米则递减1.57%，冬小麦收获指数提高0.017，而夏玉米降低0.016。冬小麦和夏玉米叶片光合速率（Pn）对播期的响应亦不同，冬小麦播期间的Pn较为相近，而夏玉米播期每推迟10 d Pn递减率1.21 μmol·m^-2·s^-1。播期调整对华北北部冬小麦、夏玉米籽粒品质不会产生明显影响。【结论】气候变暖背景下我国北方冬小麦延迟播种，延宽适宜播种期是适应气候变暖的积极有效措施，华北平原夏玉米适期早播可避免高温热害影响，有助于稳产增产。

【目的】 利用遗传群体发掘新的水稻抗褐飞虱QTL，并评估其聚合效应，为抗虫育种提供重要的遗传材料和基因资源。【方法】 利用日本晴（感虫型）和佳辐占（抗虫型）的重组自交系（RILs）群体，结合苗期抗性评价和极端混池测序法（BSA-seq）定位抗褐飞虱QTL。进一步通过QTL精细定位、候选基因鉴定、聚合效应分析及混池转录组测序（BSR-seq），揭示QTL介导的抗性生理和分子机制。aaaa【结果】 BSA-seq分析，在水稻第1（30—32 Mb区段）和第4（5—7 Mb区段）染色体上定位到2个主效抗性QTL，分别命名为QBPH1和QBPH4。通过区间连锁的分子标记，验证了这些QTL的真实性。QBPH4与已克隆的BPH3和BPH15位于同一位置，而QBPH1为一个新发现的QTL。通过加密标记和重组单株分析，将QBPH1的位置精确到30.61—30.65 Mb。在此区域内，Os01g53294和Os01g53330分别编码呼吸爆发氧化酶蛋白B和花青素5,3-O-葡萄糖基转移酶，被认为是QBPH1的可靠候选基因。此外，通过对比QBPH1和QBPH4单基因及其聚合家系在苗期的抗性、褐飞虱蜜露面积和重量、虫增重、致死率、偏好性等指标，发现双基因聚合家系的抗性未显著增强。QBPH1和QBPH4均介导了抗生性和趋避性的生理机制，但其效应存在差异。BSR-seq分析揭示了QBPH1的不同等位基因型在转录调控、蛋白质氨基酸磷酸化和氧化还原过程中的差异表达基因（DEGs）显著富集。此外，与茉莉酸（jasmonic acid，JA）合成和信号传导路径相关的基因在抗虫材料中得到显著上调，并通过RT-qPCR试验得到了验证。【结论】 成功在水稻第1染色体上鉴定了一个新的抗褐飞虱QTL——QBPH1。该QTL介导了水稻对褐飞虱的抗生性和趋避性，但与另一QTL的聚合效应并不显著。QBPH1可能通过参与JA通路来介导对褐飞虱的防御机制。在此基础上，Os01g53294和Os01g53330被确定为QBPH1的可靠候选基因。

【目的】针对黄淮冬麦区抗赤霉病小麦品种短缺问题，开展产量与赤霉病抗性协同改良，为该麦区培育高产抗赤霉病小麦新种源。【方法】以苏麦3号为供体亲本（抗源），以矮败周麦16、周麦16、轮选136和轮选6号为受体亲本，利用骨干亲本矮败小麦结合Fhb1分子标记辅助选择和双单倍体（double haploid，DH）技术（简称矮败小麦分子育种策略）快速获得DH系，并对这些稳定品系进行株高、抽穗期和产量等主要农艺性状评价和赤霉病抗性鉴定。【结果】共获得51份半冬性、矮秆、白粒且携带Fhb1的DH系。在2个环境（2020河南和2020北京）下，51份DH系平均病小穗数分别为5.7和7.3，平均严重度分别为27.7%和35.2%，与中感对照淮麦20无显著差异；平均每公顷产量为8.3 t，略低于对照品种周麦18（8.5 t）。结合赤霉病抗性和主要农艺性状综合评价结果，选择DH116（轮选20）作为重点系进一步进行赤霉病抗性和农艺性状鉴定。单花滴注接种鉴定发现，轮选20在4个环境下均达到中抗-高抗对照抗性水平；每公顷产量在2个环境下均高于对照品种周麦18，每穗小穗数和千粒重显著高于对照（P<0.05），且比对照抽穗更早、植株更矮（P<0.05）。轮选20两年区试分别比对照百农207增产4.6%和1.7%，生产试验比对照增产3.5%；区试利用喷雾和单花滴注2种接种方法综合评价轮选20为中感-中抗赤霉病。分子标记检测发现，轮选20携带半矮秆基因Rht-D1b；在已知春化基因Vrn-A1、Vrn-B1和Vrn-D1位点均携带隐性等位基因。通过小麦660K SNP芯片分析显示，轮选20与4个亲本有64.7% SNP是一致的，亲本周麦16、轮选136、轮选6号和苏麦3号对轮选20的直接遗传贡献率分别为69.8%、12.6%、6.1%和11.5%。【结论】利用矮败小麦分子育种策略，实现了小麦高产和赤霉病抗性协同提高，培育出符合黄淮冬麦区生态类型的高产抗赤霉病小麦品种轮选20。

【目的】辣椒轻斑驳病毒（pepper mild mottle virus，PMMoV）是世界范围内危害辣椒的主要病毒之一。126 kDa蛋白是PMMoV编码的重要致病因子，但致病机制目前仍不清楚。本研究旨在筛选与126 kDa蛋白互作的辣椒寄主因子，为解析PMMoV的致病机制提供理论依据。【方法】首先，通过同源重组法构建诱饵载体pGBK-126 kDa；并以辣椒叶片为试验材料，利用Trizol法提取辣椒叶片总RNA，制备辣椒酵母cDNA文库；之后，使用pGBK-126 kDa对cDNA文库进行筛选，并通过NCBI和Uniprot等对筛选结果进行序列比对和生物信息学功能分析，根据比对分析结果，选取可能参与到植物抗病通路的寄主因子，克隆其全长CDS构建到pGADT7载体，酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）和荧光素酶互补（LCI）进一步验证126 kDa与寄主因子之间的互作；最后，通过瞬时过表达寄主蛋白分析其在PMMoV侵染过程中的作用。【结果】提取获得高质量辣椒RNA，无降解；获得高质量酵母cDNA文库，成功构建诱饵质粒pGBK-126 kDa，筛选得到与126 kDa蛋白互作的辣椒寄主因子18个；生物信息学分析结果显示，18个寄主因子广泛参与到植物酶系统、物质及能量代谢调节过程、DNA结合转录过程、激素合成过程以及防御响应等多个通路；选取的其中3个寄主因子（LA2、PDHE1、BXL1）在一对一酵母双杂交互作验证中均存在与126 kDa的相互作用，表明初筛的结果可靠；通过BiFC和LCI进一步验证了126 kDa与BXL1之间体内外互作；瞬时过表达BXL1发现PMMoV的侵染受到了显著抑制。【结论】成功构建了pGBK-126 kDa诱饵质粒，基于该质粒对酵母cDNA文库进行筛选得到18个互作的寄主因子，广泛涉及植物生命活动过程中的多个通路，筛选结果验证可靠，其中，BXL1存在与126 kDa的体内外相互作用，并能够抑制PMMoV的侵染。研究结果可为深入探究PMMoV的侵染机制提供良好的理论和材料基础。

【目的】 抽穗期是影响水稻（Oryza sativa L.）区域适应性和产量的关键性状。鉴定早抽穗期基因对于丰富和完善水稻抽穗期调控网络，为品种适应性改良提供重要信息。【方法】 以早抽穗的染色体片段代换系CL33和晚抽穗的受体亲本93-11为研究材料，对其主要农艺性状进行调查分析；构建2个极早抽穗和极晚抽穗的DNA混合池；对其进行全基因组重测序和BSA-Seq分析定位抽穗期关联的区域，开发该区域内InDel标记进行精细定位，对定位区间进行基因预测和候选基因分析，确定LOC_Os08g07740为目标候选基因；随后对该基因进行克隆和等位基因分析。此外，还利用生物信息学软件对LOC_Os08g07740上下游约40 kb范围内的基因组数据进行分析，确定该基因在Indica、Japonica和O. rufipogon 3个水稻亚群间的遗传和系统进化关系。【结果】 在南宁自然长日照和自然短日照条件下，CL33的抽穗期均比受体亲本93-11短20—25 d；此外，在自然长日照条件下，CL33植株除了穗长变短和每穗粒数减少之外，其他农艺性状与93-11无显著差异。遗传分析表明，CL33早抽穗性状受1对隐性基因控制。该基因被精细定位于水稻第8染色体短臂PSM8-6与PSM8-8标记间约100 kb区间内，该区域内有15个预测的候选基因。其中，ORF13（LOC_Os08g07740）与已知抽穗期基因DTH8/Ghd8等位；通过对ORF13基因的测序及序列比对，该基因全长888 bp，无内含子，编码295个氨基酸；与受体亲本93-11相比，CL33中的LOC_Os08g07740在第535—536位碱基和第820—821位碱基之间分别有6 bp的插入和9 bp的缺失，导致编码的氨基酸序列改变。因此，确定其为目标候选基因，暂命名为OsEHD8。进化分析表明，LOC_Os08g07740内，相较于O. rufipogon，Indica和Japonica的遗传多样性显著下降，其中，Indica减少了62.53%，Japonica减少了53.76%，而Indica和Japonica之间的差异不显著。该基因共有13个单倍型，其中Hap_2单倍型可能是3个亚群共同的祖先，不同的单倍型可能由于地理隔离或环境差异被分别固定在Indica和Japonica亚群内，以上结果表明，LOC_Os08g07740在3个亚群中经历了定向选择。【结论】 OsEHD8是DTH8/Ghd8的功能性等位基因，在自然长日照和短日照条件下均促进水稻提前抽穗。此外，携带OsEHD8的染色体片段代换系CL33在自然长日照条件下，除了穗长变短和每穗粒数减少之外，其他农艺性状与受体亲本93-11均无显著差异。

【目的】探究高温胁迫下不同耐热型芝麻品种全基因组DNA甲基化差异及其与关联基因表达的关系，以深入理解DNA甲基化在芝麻响应高温胁迫中的调控机制，为芝麻耐热性育种提供理论依据。【方法】选取郑太芝3号（耐热型）和山东白芝麻（敏感型）2个芝麻品种作为试验材料，在高温（41 ℃）和对照（30 ℃）条件下培养10 d。采用纳米孔测序技术（nanopore sequencing）对2种芝麻品种的基因组DNA进行甲基化测序，并通过转录组测序分析关联基因的表达变化。使用Minimap 2软件进行参考基因组序列比对，Tombo软件检测5mC、CpG和6mA甲基化位点，并基于基因组分割方法检测差异甲基化区域（DMRs）。最后，对DMRs关联的差异表达基因（DMR-DEGs）进行GO、COG和KEGG功能注释及通路分析。【结果】在高温胁迫下，郑太芝3号和山东白芝麻的全基因组DNA甲基化模式发生显著变化。郑太芝3号的m6A和胞嘧啶甲基化（mC）含量均有所增加，而山东白芝麻则呈现下降趋势。全基因组范围内共鉴定出621个（郑太芝3号）和374个（山东白芝麻）DMRs，主要分布在启动子和基因间区域。进一步分析发现，这些DMRs与113个（郑太芝3号）和56个（山东白芝麻）差异表达基因（DMR-DEGs）显著相关，且去甲基化的DMRs与基因表达上调密切相关。功能注释结果显示，这些DMR-DEGs主要参与碳水化合物运输和代谢、翻译后修饰、蛋白质转换、信号转导和次生代谢产物生物合成等生物学过程。【结论】揭示了高温胁迫下不同耐热型芝麻品种全基因组DNA甲基化差异及其与关联基因表达的关系。耐热型芝麻郑太芝3号在高温胁迫下通过增加DNA甲基化水平来调控相关基因的表达，而敏感型芝麻山东白芝麻则表现出甲基化水平下降的趋势。特别是CpG位点的甲基化动态变化在调控芝麻高温胁迫响应中起重要作用。

【目的】基于全基因组鉴定分析大豆LOX基因家族成员，了解各成员的分类进化关系，研究各基因成员在不同组织中的表达特异性以及对非生物胁迫的响应，为进一步研究LOX基因家族的分子特征、进化历程以及功能研究提供理论基础。【方法】基于Ensembl数据库中水稻和拟南芥物种LOX蛋白序列，在大豆全基因组数据库中BLASTP比对同源LOX蛋白序列，使用MEGA X软件构建系统进化树；采用网站MEME进行蛋白保守基序分析；运用在线软件GSDS 2.0分析基因结构；运用TBtools进行染色体定位绘制；用McscanX分析大豆LOX家族复制基因；利用PlantCARE网站预测大豆LOX基因家族启动子元件；通过TBtools绘制不同组织及非生物胁迫下大豆基因表达热图，并对与百粒重显著相关的优异等位变异位点GmLOX15A1^-G/A进行分子标记开发。【结果】大豆中共鉴定到43个LOX基因，不均匀地分布在13条染色体上。共线性分析表明，GmLOX基因在进化过程中经历了广泛的复制。同时，在LOX基因启动子中检测到39种不同类型的顺式调控元件，表明它们可能参与了不同的生长发育、光反应、应激反应与激素诱导等途径。表达模式分析发现LOX基因在大豆不同组织中具有不同的表达程度，表明该家族成员具有组织和时空表达特异性。干旱胁迫条件下，GmLOX基因在大豆根系和叶片中表达差异显著（P<0.05），其中，GmLOX3A3、GmLOX7A1、GmLOX20B1、GmLOX13A1和GmLOX20A2在根系和叶片中均显著上调或下调表达，推测GmLOX基因可能在逆境胁迫响应中发挥重要作用。同时，发现GmLOX15A1在籽粒组织中高表达且在该基因编码区第七外显子存在一处G/A优异等位变异，对该变异位点开发分子标记，并利用来自不同生态区1 200份大豆种质资源2年的百粒重数据，分析GmLOX15A1不同单倍型与百粒重的相关性，结果表明，相较于GmLOX15A1^-A基因型，携带GmLOX15A1^-G等位基因大豆种质的平均百粒重提高2.33 g（P<0.001）。【结论】在大豆中共鉴定到43个LOX家族成员，可分为3个亚家族。GmLOX基因启动子区存在大量激素和胁迫响应的顺式作用元件，在干旱胁迫响应中发挥不同的作用。其中，GmLOX15A1在籽粒组织中高表达且该基因编码区第七外显子存在一处G/A优异等位变异，相较于GmLOX15A1^-A基因型，携带GmLOX15A1^-G等位基因大豆种质的平均百粒重显著提高2.33 g，该位点可作为大豆籽粒大小遗传改良的优异单倍型。

【目的】聚合大豆高油基因型旨在育种出更高含油量的品种，以提高经济效益和营养价值。为增加农业产出、降低加工成本、满足全球对植物油增长需求提供依据。【方法】利用生物信息学分析方法对Glyma.18G027100所在的C2基因家族在全基因组水平上进行鉴定，共鉴定出66个大豆C2基因家族成员，根据染色体位置命名为GmC2-01.1—GmC2-20.2。组织模式表达分析，在66个C2家族基因中共发现7个在籽粒中高表达基因（GmC2-03.6、GmC2-02.7、GmC2-07.2、GmC2-18.1、GmC2-18.4、GmC2-19.1和GmC2-20.2），为分析上述基因在大豆油分含量中的效应位点，从SFGB数据库中获得上述基因在编码区的SNP位点，2年油分含量相关分析表明，GmC2-18.1存在极显著影响油分含量的SNP位点。利用12份极端材料对GmC2-18.1编码区遗传多样性进行分析，在Wm82.a2.v1版本编码区2 038 273 bp处存在G/A变异调控种子油分含量，初步推测这个基因在籽粒发育或者营养物质积累中发挥作用。接着，对GmC2-18.1^-G/A基因结合已报道的功能基因GmSWEET39起始密码子上游225 bp的InDel自然等位变异位点、GmST1在编码区8 381 058处存在T/C自然等位变异位点、GmMFT在编码区在41 854 422 bp第三个外显子处存在A/C自然等位变异位点开发SNP/InDel分子标记，并通过2年1 200份来自全国三大生态区的大豆种质资源材料进行标记验证。【结果】方差分析结果表明，GmC2-18.1^-G、GmSWEET39^-Deletion、GmST1^-T和GmMFT^-A显著增加油分含量1.72、1.95、1.58和2.06个百分点（P<0.01）。进一步对上述基因进行聚合分析，结果表明，携带GmC2-18.1^-G、GmSWEET39^-Deletion、GmST1^-T和GmMFT^-A高油等位变异类型（PFAT-1）的大豆种子平均油分含量为22.89%，相较于携有GmC2-18.1^-A、GmSWEET39^-Insertion、GmST1^-C和GmMFT^-C低油等位变异类型（PFAT-14）大豆种子平均油分含量增加约4.5个百分点，对油分含量的贡献率约为21.69%。【结论】基于上述所开发标记，筛选出115份PFAT-1类型高油等位变异材料。

【目的】GRAS家族是植物特有的一类转录因子，在植物生长发育和响应逆境胁迫中发挥重要作用，明确GRAS家族基因在小麦耐热性中的作用，可为小麦耐热育种提供基因资源和理论支撑。【方法】基于TAM107和中国春苗期高温转录组筛选到一个潜在的热胁迫响应转录因子基因TaGRAS34-5A；对TaGRAS34-5A进行生物信息学分析并构建系统发育树，以明确其分子特征；采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法对TaGRAS34-5A在高温、脱落酸（ABA）、乙烯利（ETH）、水杨酸（SA）处理下的表达模式进行分析；利用小麦原生质体瞬时表达技术明确TaGRAS34-5A蛋白的亚细胞定位；利用酿酒酵母异源表达系统及BSMV:VIGS沉默技术对TaGRAS34-5A的耐热功能进行验证；利用酵母双杂交技术筛选TaGRAS34-5A潜在的互作蛋白，解析其耐热机理。【结果】TaGRAS34-5A含有一个典型的GRAS结构域，属于GRAS转录因子家族，定位于细胞核和细胞质。生物信息学分析表明，TaGRAS34-5A启动子中含有大量的激素响应元件和光响应元件，与TaSCL14、OsGRAS23、AtSCL14在亲缘关系上最近，暗示其潜在的应对氧化应激功能。在高温、ETH、ABA、SA处理下，TaGRAS34-5A均上调表达，分别在4、6、0.5和12 h后达到表达峰值，其中，受热胁迫和SA的诱导最强烈。酿酒酵母的耐热功能试验表明，TaGRAS34-5A的异源表达能够提高酿酒酵母的耐热性。BSMV:VIGS瞬时沉默试验结果显示，42 ℃高温处理后，TaGRAS34-5A沉默植株相较于对照，叶绿素含量下降、POD酶活降低、细胞过氧化程度增加、耐热性降低。初步耐热机理研究表明，TaGRAS34-5A具有强烈的转录自激活活性，TaGRAS34-5A可能通过与bZIP家族HBP-1b转录因子、E3泛素蛋白连接酶hel2等蛋白的相互作用，协同调控小麦的耐热能力。【结论】TaGRAS34-5A受热、ABA、ETH、SA诱导表达，编码的蛋白位于细胞核和胞质中，且具有转录激活活性，异源表达TaGRAS34-5A能够提高酿酒酵母的耐热性，TaGRAS34-5A沉默小麦植株的细胞过氧化程度增加、叶绿素含量下降、耐热性降低，TaGRAS34-5A可能通过调节细胞氧化还原状态和细胞解毒，从而正调控小麦耐热性。

随着基因编辑技术的兴起，基因编辑产品已经从实验室走向产业化应用，2022年农业农村部针对没有引入外源基因的基因编辑植物的安全评价，专门出台了《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》，2023年为基因编辑大豆AE15-18-1颁发了首个生物安全证书，标志着我国正式开启了基因编辑作物的产业化进程。基因编辑产品不同于传统转基因产品，不含有外源DNA序列，常用的转基因检测策略不适用于基因编辑产品的检测。随着农作物基因编辑产品产业化进程的积极推进，如何高效准确检测是否为基因编辑产品及其编辑特征，是关系到基因编辑产品产业化利用和知识产权保护的重要依据，急需开发适用于基因编辑产品的检测技术。以检测靶标序列是否被编辑为目标，基于PCR、测序等技术开发出了很多检测技术，并广泛应用于产品研发过程中基因编辑产品的筛选。产业化后的安全监管和知识产权保护，不仅要检测样品是否被编辑，还要快速识别待测样品的核苷酸序列特征，确定样品的来源和身份，进而对基因编辑成分进行精准定量，判定是否需要定量标识。目前，对于含有少数几个碱基插入、缺失及单碱基变异等突变的基因编辑产品，难以应用常规PCR或测序等技术进行快速的身份鉴定，更难以对基因编辑成分的含量进行精准定量检测。以快速识别编辑后的DNA序列特征、并精准定量为目标，根据基因编辑产品的分子特征，本文综述了基于凝胶电泳的普通PCR法、基于测序的检测方法、基于实时荧光PCR的检测方法、基于数字PCR的检测方法、基于可编程内切酶的方法，以及基于仪器的检测方法在基因编辑产品检测中的应用及优缺点，以期探索出适用于基因编辑产品的检测和定量策略，为后续基因编辑产品检测方法的开发提供参考。

【目的】玉米籽粒大小和粒重是影响其产量的重要因素。EIN3/EIL基因家族是乙烯信号转导途径中的关键转录因子，解析EIN3/EIL家族基因ZmEIL9在玉米籽粒发育中的生物学功能。【方法】利用生物信息学和RT-qPCR分析ZmEIL9在玉米籽粒发育中的表达特征，对ZmEIL9及其同源基因进行多序列比对，利用邻接法构建其系统进化树，分析ZmEIL9编码蛋白序列特征，对目的蛋白进行亚细胞定位。筛选ZmEIL9的玉米Mu转座子插入突变体和CRISPR/Cas9编辑突变体，鉴定突变体和对照的农艺性状表型，分析籽粒灌浆速率，测量淀粉粒、蛋白含量等籽粒储藏物质。【结果】根据玉米中EIN3/EIL家族成员，系统进化树分析显示，ZmEIL9编码蛋白与ZmEIL1、SbEIL1亲缘关系较近。玉米自交系B73籽粒转录组数据库中，ZmEIL9在籽粒发育早期和晚期表达量较高，但在自交系N04籽粒发育中期和晚期表达量较高。在自交系丹232和N04中ZmEIL9编码644个氨基酸，自交系B73中编码642个氨基酸；亚细胞定位表明，ZmEIL9编码蛋白定位于细胞核中。获得不同Mu转座子插入位点的ZmEIL9突变体，以及发生氨基酸移码突变的CRISPR/Cas9编辑突变体，表型分析表明，ZmEIL9的Mu转座子突变体和编辑突变体的株高、籽粒粒长和百粒重均比对照显著降低。对不同发育时期玉米籽粒干重进行分析，显示Zmeil9突变体的籽粒灌浆速率小于野生型。扫描电镜观察显示，Zmeil9突变体比野生型成熟籽粒中的淀粉粒明显变小，并表现不规则形态；进一步分析表明，Zmeil9编辑突变体籽粒中总淀粉含量和醇溶蛋白浓度均显著低于野生型。【结论】ZmEIL9在玉米籽粒发育过程中起重要调控作用。

【目的】分枝是决定紫花苜蓿产量的重要影响因子，SPL家族基因是一类重要的转录因子，其成员参与多种植物的分枝（分蘖）发育过程。研究紫花苜蓿MsSPL17的生物学功能，鉴定MsSPL17在调控紫花苜蓿分枝发育中的作用，为紫花苜蓿高产生物育种提供重要参考。【方法】运用生物信息学方法分析MsSPL17序列，并构建系统进化树；采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法分析MsSPL17在紫花苜蓿中的组织表达特异性；利用烟草瞬时表达系统确定MsSPL17蛋白的亚细胞定位；利用酵母系统检测MsSPL17的转录自激活活性；利用农杆菌介导转化的方法获得转基因紫花苜蓿并进行表型分析；利用转录组分析，筛选出在转基因株系中的差异表达基因，并验证用于后续研究。【结果】MsSPL17包含一个长度为1 011 bp的开放阅读框，编码由366个氨基酸构成的蛋白，属于SBP蛋白家族。系统进化分析表明，MsSPL17及其同源基因的进化与物种的分化高度相似，表明其是一个功能保守的基因。MsSPL17在紫花苜蓿分枝发育关键时期中的各组织包括茎、茎节、叶、顶端中均有表达，暗示该基因对紫花苜蓿分枝性状具有重要调控作用。亚细胞定位试验表明，MsSPL17蛋白定位于细胞核中。转录自激活试验表明，MsSPL17不具有自激活活性，可后续进行互作蛋白的筛选。MsSPL17转基因沉默株系出现分枝数和茎节数明显增多、节间长度缩短、营养品质升高的显著表型。【结论】成功克隆了紫花苜蓿MsSPL17，其在紫花苜蓿分枝发育关键组织中均有表达，它编码的蛋白定位于细胞核中且无转录自激活活性。获得具有多分枝性状的转基因株系，其产量方面出现分枝数显著增多等表型，品质方面粗蛋白含量提高。

【背景】基于农业气候指标判定冬小麦安全种植界线，是科学合理利用资源、避免冷冻灾害、保障冬小麦稳产高产等重要参考依据。然而，地处冬小麦种植敏感地带的中国北部，由于全球气候变化导致的极端气候事件增多，加剧了冬小麦安全种植的波动性，亟需在大区域尺度明晰影响冬小麦安全种植的农业气候因子，并确定其阈值范围。【目的】开展冬小麦安全种植的农业气候因子及其阈值研究，为冬小麦适应气候变化的可持续生产及布局提供科学依据。【方法】以冬小麦安全种植敏感性较强的中国北部为研究区，基于中高空间分辨率冬小麦空间分布和地面气象观测数据，运用核密度估计、地理探测器等方法模型，揭示实际冬小麦种植北界空间格局特征，定量分析农业气候因子对实际冬小麦种植北界形成的影响，并探测关键气候因子的影响阈值。【结果】（1）全长约2 200 km的实际冬小麦种植北界，由西南向东北波动变化，而农业气候因子在正宁—旬邑—铜川—白水—合阳—韩城—稷山一线的波动变化较为剧烈；（2）越冬期负积温、最冷月平均气温、年极端最低气温和越冬前积温是影响实际冬小麦种植北界形成的关键因子（q>0.45），农业降水因子对冬小麦种植的影响较小（q<0.19），但与气温因子之间的交互影响力较强（q>0.57）；（3）明确越冬期负积温≥-620 ℃·d、最冷月平均气温≥-8 ℃、年极端最低气温≥-22 ℃和越冬前积温≥529 ℃·d，作为中国北部冬小麦安全种植北界气象参数；（4）潜在冬小麦种植北界相较于实际冬小麦种植北界向北移动了约107 km，两者存在约23.39×10³ km²的冬小麦扩种空间。【结论】确定影响中国北部冬小麦安全种植的关键农业气候指标和阈值，可较好判定冬小麦潜在安全种植区。研究成果可为冬小麦种植如何韧性应对气候变化，合理调整农业种植布局提供理论参考和技术支撑。

【目的】 稻瘟病是影响水稻产量和品质的主要病害之一，OsBSK1-2在水稻稻瘟病抗性中发挥着重要作用。前期通过对OsBSK1-2进行互作蛋白筛选，获得候选蛋白胱硫醚-β-合成酶OsCBSX4。验证OsBSK1-2与OsCBSX4之间的相互作用，解析OsCBSX4在水稻抵抗稻瘟病中的功能及作用机制，为水稻抗病育种提供重要的理论基础。【方法】 利用免疫共沉淀、双分子荧光互补和荧光素酶互补试验验证OsBSK1-2与OsCBSX4之间的相互作用；利用实时荧光定量PCR和农杆菌介导的烟草瞬时转化，分析OsCBSX4的表达特征及蛋白定位；利用CRISPR/Cas9和农杆菌介导的遗传转化技术构建OsCBSX4敲除和过量表达植株，并通过接种稻瘟菌进行稻瘟病抗性鉴定；同时，通过ROS爆发测定和DAB染色分析，明确oscbsx4突变体中稻瘟菌和chitin诱导的免疫反应变化；此外，利用双分子荧光互补和荧光素酶互补试验验证OsCBSX4与OsRbohB之间的相互作用，用离体接菌法分析OsCBSX4的代谢产物对水稻抵抗稻瘟菌的影响，揭示OsCBSX4的免疫功能和作用机制。【结果】 免疫共沉淀、荧光素酶互补及双分子荧光互补试验均表明OsBSK1-2与OsCBSX4之间存在相互作用。敲除OsCBSX4降低了水稻对稻瘟菌的抗性，喷雾接种稻瘟菌后，与野生型相比，oscbsx4突变体病斑数量更多；打孔接种稻瘟菌后，oscbsx4突变体较野生型病斑面积更大，稻瘟菌生长量更多。同时，OsCBSX4的功能缺失也降低了稻瘟菌侵染所诱导的病程相关基因OsRP5、OsPR10的表达和H₂O₂的积累，以及chitin诱导的ROS爆发。而过量表达OsCBSX4则提高了水稻的稻瘟病抗性，打孔接菌后，与野生型相比，过量表达OsCBSX4植株病斑面积更小，稻瘟菌生长更少。同时，OsCBSX4能够与介导水稻ROS产生的关键蛋白OsRbohB互作。此外，用OsCBSX4的代谢产物L-胱硫醚处理水稻，并不影响水稻的稻瘟病抗性。【结论】 OsCBSX4为OsBSK1-2信号通路中的重要组分，正调控水稻的稻瘟病抗性及免疫反应，OsCBSX4可能是通过与OsRbohB互作而影响ROS的产生，进而调控水稻免疫。

基因编辑农作物是生物技术与农业科学交叉结合的产物，代表着现代农业发展的重要方向。随着CRISPR-Cas9系统的迅速发展，农作物性状改良的科研与商业开发逐渐转入“技术导向型”路径，不仅颠覆了传统的农作物种植方式，而且从根本上推动了人类探索农作物的研究进程。然而，针对基础研究工具主张专利权的现象不仅引发了学术界的广泛争议，也对农作物资源的共享与利用产生了深远影响——私主体就CRISPR-Cas9技术申请专利，限制了其他研究者和农民在探索和利用遗传资源方面的机会。这种做法不仅阻碍了科学研究的进展，也违背了遗传资源应为全人类共享的基本共识。农作物资源的共享与开放关系到全球农业的可持续发展和生态平衡，是维护公众利益的必要条件。如何在原生资源拥有者、研究人员、研究投资者和公众之间合理分配利益与风险，是生物技术专利治理亟须回应的重点问题，也是构建新型科学伦理和规制新兴技术的应有之义。然而，我国在这一领域的政策回应尚显不足。为缓解专利权排他效应导致的负面影响，需重新审视和构建相关制度的框架结构。首先，应当以道德效用原则为观念归依，强调科学研究的公共性及其对社会的责任，慎重考量发明对社会道德的“伤害”性质。其次，落实生物遗传资源强制披露制度是实现透明和公正的重要步骤，“申请人根据诚实信用原则如实披露农作物基因的实际来源”应上升为强制性规范。最后，基础性专利技术的开放授权可参考软件开源的经验，通过研究工具的开放共享鼓励更多的研究者参与到农作物资源的探索中，以实现更广泛的科学合作与成果转化。

杂种优势是遗传结构不同群体的杂交后代在生活力、繁殖力以及适应力等方面优于亲本群体的平均值或者超过亲本群体的现象，是一种重要的遗传资源。杂种优势在现代农业中发挥着重要作用，有助于提高畜禽和农作物的产量和品质、快速改良性状、加速培育新品种和增加遗传多样性等，进而高效提升畜牧业和种植业的生产效率，降低成本。虽然杂种优势的发现已逾百年，但其遗传基础的解析远远落后于其在农业生产中的应用。杂种优势复杂形成机制的研究是遗传育种领域的一个经典话题和活跃前沿，但得到明确的结论却十分有限。针对杂种优势的表现特点，科学家先后提出显性学说、超显性学说和上位学说等多种杂种优势形成的假说，揭示杂种优势的遗传基础是非加性遗传效应，但是这些假说均是基于单基因效应而言，过于理想化和简单化；DNA、RNA和蛋白质等不同水平上的探索陆续发现多效应并存的现象。尤其在水稻和玉米等杂交育种作物上陆续开展的相关研究挖掘了杂种优势效应位点，丰富了对作物杂种优势形成机制的认知，推动了精准分子设计育种等作物育种技术的变革。杂种优势在猪、鸡等畜禽的育种中也广泛应用，畜牧业发达国家80%以上的商品猪肉、鸡肉和鸡蛋均通过杂交品种获得。高效应用杂种优势服务于生产，提前评估杂种优势是必要的。群间和群内表型方差比预测法、杂种遗传力预测法、分子标记预测法，这些新方法有助于解决通过传统的杂交试验的方法来预测杂种优势的周期长、易受环境影响和人力财力消耗大等问题，但是预测的准确性具有局限性。杂种优势涉及多个层面的相互作用，而且畜禽遗传背景复杂，育种周期长，使得畜禽杂种优势形成的机制研究和准确的预测方法依然面临挑战。近年来，测序技术的逐步应用，为理解畜禽杂种优势的分子调控网络提供了新的视角。QTL定位和全基因组关联分析从基因组水平上揭示杂种优势的分子机制，筛选相关的分子标记应用于畜禽品种的选择和选配。结合多组学研究，如转录组和代谢组，影响杂种优势的关键功能基因、变异及其代谢物能被更精确地定位，有助于杂交改良。本综述系统阐述了畜禽领域杂种优势形成机制和预测方法方面的研究进展，展望未来的研究会将通过结合多组学测序数据和生信分析来逐步阐明杂种优势的复杂机理，鉴定与杂种优势相关的基因、分子标记，并创新杂种优势的预测方法，为杂种优势利用提供更准确的方向。

【目的】探讨10个燕麦品种在环青海湖地区的适应性，筛选适宜该区种植的高产、优质燕麦品种，为该区及类似区域高产、优质饲草生产提供数据支撑。【方法】以青海地区普遍种植的青海444（Avena sativa cv. Qinghai No.444）、白燕7号（A. sativa cv. Baiyan No.7）、青燕4号（A. sativa cv. Qingyan No.4）、青莜3号（A. nuda cv. Qingyou No.3）、青引2号（A. sativa cv. Qingyin No.2）、青燕3号（A. sativa cv. Qingyan No.3）、林纳（A. sativa cv. Lena）、青海甜燕麦（A. sativa cv. Qinghai）、青燕1号（A. sativa cv. Qingyan No.1）和陇燕1号（A. sativa cv. Longyan No.1）10个燕麦品种为材料，采用随机区组试验设计，各品种3个重复，共30个小区，小区面积3 m×5 m，小区间距1 m，区组间距3 m。人工条播种植，行距为25 cm，播深为3—4 cm。根据各品种的千粒重、纯净度和发芽率，按675万株/hm²保苗数计算各品种的播量。以150 kg·hm^-2磷酸二铵和75 kg·hm^-2尿素作基肥。大田试验分别于2022年5月16日和2023年5月19日播种，分别于2022年9月23日和2023年9月26日进行野外观测及样品采集。分析不同燕麦品种的生产性能和营养品质，采用分段结构方程模型探讨品种、种植年份及其交互作用对燕麦营养品质的影响过程及其路径系数，并采用TOPSIS-多准则决策模型对供试品种的生产性能和营养品质进行综合评价。【结果】青燕3号的株高（89.4—92.5 cm）显著最高，酸性洗涤纤维（34.8%—34.9%）和中性洗涤纤维含量（51.8%—53.4%）均显著最低；青燕4号的分蘖数（2.7—3.6枝/株）显著最高，粗灰分（10.9%—11.3%）含量显著最低；青燕4号和青燕3号干草产量、粗蛋白含量、相对饲用价值显著最高，而茎叶比显著最低；青燕1号粗脂肪含量（3.8%—3.9%）显著最高。皮尔森相关性分析结果显示，燕麦饲草产量与粗蛋白含量和相对饲用价值均呈显著正相关，与酸性洗涤纤维和粗灰分均呈显著负相关；茎叶比与酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量均呈显著正相关，与粗蛋白及相对饲用价值均呈显著负相关。结构方程模型分析表明，品种、种植年份及其交互作用对燕麦的营养品质形成均有直接效应，还通过影响株高、分蘖数、茎叶比和草产量间接影响燕麦的营养品质，其中，茎叶比的总效应值最高，为-0.37。【结论】青燕4号和青燕3号既能维持较高的生产性能，又具有较好的营养品质，是环青海湖地区的理想种植燕麦品种。

【目的】优异品质是鲜食糯玉米育种的首要目标性状，筛选品质性状一般配合力高的早代系和优异糯玉米组合，明确老挝糯玉米材料的育种潜力，为优质鲜食糯玉米新品种的培育奠定基础。【方法】利用Maize6H-60K芯片，获得33份糯玉米材料的高质量基因型数据用于聚类分析。结合碘染试验和糯质基因分子检测，明确老挝糯玉米早代系糯质基因的类型。通过不完全双列杂交试验，对组配的439个组合的品质等性状进行表型鉴定和配合力分析，明确老挝糯玉米早代系的育种潜力。对筛选出的优势组合开展品质性状多人品鉴试验，鉴定出最有潜力的优质糯玉米组合。【结果】利用56 626个高质量SNP进行聚类分析，结果表明，老挝材料与国内材料属于不同的分支，可以被区分开来。供试的23份老挝早代系均为糯质玉米，且其中16份属于wx-D10型，3份属于wx-D7型，另外4份为未知类型。老挝糯玉米材料品质性状的遗传力均较低，介于0.14-0.35，宜在高世代进行选择。组配的439个不完全双列杂交组合蒸煮品质的均值极显著高于对照京科糯2000和石糯2号，与渝糯7号没有显著差异。老挝糯玉米早代系F02、F22、F25和F28的所有品质性状一般配合力效应值均为正值，可用于国内糯玉米品质性状的改良。优异组合M02×F02和M22×F22在多人品鉴试验中，约86%的人评价为等级优。【结论】老挝糯玉米地方种遗传变异丰富，与国内糯玉米自交系有一定的遗传距离，可能存在新的糯质基因等位变异，在糯性和果皮厚度等品质性状上有明显的优势，可用于国内糯玉米材料品质性状的改良。

【目的】分析不同氮肥管理条件下水稻的产量、氮肥吸收利用率以及氮素表观平衡与土壤碱解氮的量化关系，更全面地了解长期施肥对土壤肥力的影响，为红壤稻田高效生产和科学氮素管理提供理论指导。【方法】依托红壤双季稻长期施肥定位试验（始于1981年，位于江西省进贤县），选取不施肥（CK）、施氮磷化肥（NP）、施氮钾化肥（NK）、施氮磷钾化肥（NPK）、施氮磷钾化肥和有机肥（NPKM）等5个处理，调查分析每季水稻的籽粒和秸秆产量、氮素吸收量，晚稻后分析耕层土壤碱解氮含量，并以10年为一个阶段，计算并分析水稻氮素吸收量、氮肥利用率、氮素表观平衡以及耕层土壤碱解氮的变化。【结果】在试验40年间（1981—2020年），NPKM处理的水稻产量及氮素吸收量均为最高，较CK分别增加65.9%—108.4%和85.1%—132.5%，较化肥处理（NPK、NK和NP）分别增加19.3%—92.1%和19.4%—99.8%，均差异显著。随试验年限的增加，化肥处理的氮肥利用率逐渐降低，NPKM处理在前30年（1981—2010年）也呈降低趋势，但降低速率较化肥处理小，在近10年（2011—2020年）则有所升高，且由前10年（1981—1990年）所有处理中最低，到近10年升为最高，较化肥处理增加25.3%—271.2%。氮素盈余量在试验40年间最高均为NPKM处理，较化肥处理增幅为137.1%—577.2%，但在后30年（1991—2020年）间，其氮素盈余量随着试验年限的增加呈逐渐降低趋势。试验40年间土壤碱解氮含量最高的均为NPKM处理，较CK增加7.1%—24.4%，但前10年差异不显著，较化肥处理增加11.0%—35.2%，而化肥处理与CK则始终无显著差异。相关性分析显示，在后20年（2001—2020年）间，氮素盈余量与土壤碱解氮含量显著正相关。【结论】在红壤双季稻系统，随施肥年限的增加，有机无机肥配施对水稻产量、氮素吸收量、氮肥吸收利用率和土壤碱解氮含量的提升效果最佳，同时，长期施肥导致的氮素盈余量增加也进一步提升了耕层土壤碱解氮含量，且随施肥年限的增加，氮素盈余量对土壤碱解氮的贡献能力逐渐增强。

【目的】深入探讨锡林郭勒盟典型草原区天然草地在历经60年农业耕作后其土壤质地和养分的动态变化，以及评估实施退耕造林18年是否能有效消减长期开垦耕作对土壤粒径分布及养分造成的负面影响，旨在加深对该地区生态恢复进程中土壤质量演变规律的认识，为科学评估生态恢复措施的实际效果提供科学依据。【方法】选取研究区60 km²范围内的5个样点作为重复，调查4种土地利用类型，即天然草地（GL）、农田（CL）以及种植灌木柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii），行距分别为2 m（AL-2）和5 m（AL-5）的退耕造林地，0—30 cm土层中的粒径分布、容重和养分特征。【结果】（1）各用地类型土壤颗粒组成砂粒61%—82%、粉粒16%—35%、黏粒低于4%。农田和林地土壤粉粒（2—50 μm）含量显著低于草地，砂粒（>50 μm）含量则明显高于草地。相较于天然草地，开垦耕作导致≤120 μm颗粒组分减少，>120 μm颗粒组分增加，而退耕造林18年没有减轻因开垦导致细颗粒组分（≤120 μm）减少的情况。（2）在0—30 cm的土层中，各土地利用类型的粒径分布垂直变化不显著，分选性较差，呈现出负偏至极负偏的粒径分布特征，且峰态尖窄。其中草地的平均粒径最小，分形维数最高。（3）土壤容重随土层深度的增加而增加。养分的变化主要集中在0—10 cm的浅层土壤，其中开垦活动显著降低了土壤有机碳、全氮、全磷含量。退耕造林后形成的灌木林地没有显著改变有机碳、全氮含量，但全磷含量却显著降低。（4）≤120 μm的颗粒组分与土壤有机碳、全氮、全磷之间存在极显著的正相关关系，这表明土壤养分的衰减与土壤细颗粒的流失密切相关。【结论】草地开垦为农田后，长期耕作破坏了土壤物理结构，细颗粒组分及土壤养分显著下降，而退耕造林18年在改善土壤质地和恢复养分水平方面的效果不显著。

【目的】 小麦是中国乃至世界最重要的口粮之一，随着全球性的气候变化，高温成为限制小麦安全生产的主要逆境因素。筛选、鉴定优异耐热种质资源、挖掘耐热候选基因，可以丰富我国小麦耐热性遗传基础，为培育小麦耐热品种提供先决条件，保证国家粮食生产安全。【方法】 以331份小麦种质组成的自然群体为材料，采用人工气候箱模拟高温的方法，通过调查不同处理时长下小麦幼苗的存活率，以耐热级数为指标，评价其耐热性。结合55K SNP芯片基因型分析结果，通过全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）方法，发掘耐热性相关的遗传位点。结合小麦热胁迫下根、叶等多组织的表达量数据，筛选耐热性相关基因，最后，以极耐热种质西农889和热敏感种质中国春为材料，利用qPCR方法对候选基因进行验证。【结果】 高温胁迫下，不同小麦的存活率存在极端差异，极耐热、中等耐热、中等热敏感、极热敏感的种质资源分别是110、104、110和7份，占比为33.23%、31.42%、33.23%和2.12%，鉴定获得西农889、郑麦7698、中麦895、周麦18和丰产3号等耐热种质资源；通过全基因组关联分析，共检测到293个与12 h存活率、耐热级数显著关联的SNP位点，表型变异解释率为4.40%—12.46%，其中，与12 h存活率相关的位点200个，与耐热级数相关位点257个，定位到的相同耐热相关位点164个；基于显著关联的SNP标记，共预测到313个耐热相关基因。根据基因注释信息，以及热胁迫下的表达量数据，筛选出23个耐热候选基因，对差异表达的候选基因进行qPCR验证，鉴定到20个关键耐热候选基因。【结论】 鉴定了331份小麦种质的苗期耐热性，建立了一种45 ℃高温下测定不同处理时长的幼苗存活率鉴定小麦耐热性的快速方法，筛选出38份耐热种质。共检测到293个与小麦苗期耐热性显著关联的位点，筛选出TraesCS1A02G355900、TraesCS1A02G389500、TraesCS5A02G550700、TraesCS5D02G557100、TraesCS6D02G402500和TraesCS7A02G232500等关键候选基因。

【目的】大豆是光周期敏感的短日照作物，在不同生态区种植会导致开花过早或过晚。因此，大豆雄性核不育ms1（male sterility 1）基础群体在不同生态区应用于轮回选择的过程中，存在当地供体亲本和受体不育株花期不遇、导入率低的问题。构建适宜三大生态区应用的ms1基础轮回群体，提高供体亲本与受体不育株花期相遇的概率，揭示两轮互交后各群体生育期基因E1和E2基因型及其表型变化特点，为大豆开花期和生育期改良提供依据。【方法】以528份来自不同生态区的供体亲本和ms1基础群体为试验材料。利用前人报道的生育期基因E1和E2的KASP分子标记对供体亲本进行基因型鉴定，按照E1和E2基因型对供体亲本进行分类，分别与ms1基础群体籽粒混合，并根据不同生态区适宜的基因型将各群体种植于不同地区，进行两年两轮异交导入。其中，东北生态区群体种植于内蒙古呼伦贝尔、河北承德2个地区，黄淮海生态区群体种植于河北石家庄和河南许昌2个试验区，南方生态区群体种植于广东广州试验区。每年收获不同ms1群体不育株籽粒，冬季在海南三亚进行南繁。调查供体亲本与ms1基础群体开花期和成熟期，分析不同地区ms1群体E1和E2基因型比例的变化。【结果】根据生育期基因E1和E2基因型将供体亲本划分为4类E1E1/E2E2、E1E1/e2e2、e1e1/E2E2和e1e1/e2e2，各基因型比例分别为12.1%、65.0%、19.3%和3.6%。ms1基础群体中，晚花基因型E1E1/E2E2占有最高比例，为48.6%；群体材料开花期较晚，主要集中于45—51 d。经过连续两轮导入后，不同生态区ms1群体基因型发生变化。东北生态区呼伦贝尔的目标导入基因型e1e1/e2e2比例由33.0%提高到51.6%，承德e1e1/e2e2基因型比例由1.6%提高至3.4%；黄淮海生态区石家庄目标导入基因型e1e1/E2E2比例由18%提高至23.1%，许昌E1E1/e2e2基因型比例由12.5%提高到25.0%；南方生态区广州的E1E1/E2E2基因型比例维持在80%以上。目标导入基因型的杂合基因型在群体中比例也在不断提高。通过两轮异交导入，不同生态区ms1群体间开花期存在显著差异，说明随着开花期基因型的变化，不同群体的表型也随之改变。【结论】将供体亲本依据各开花期基因型分类分别导入ms1群体，可提高各生态区适宜基因型的比例，构建适用于不同生态区的ms1基础轮回群体，提高当地供体亲本和受体ms1不育株花期相遇的概率，实现大豆的开放授粉和基因聚集、积累，丰富群体的遗传多样性，从而进一步提高轮回选择育种效率。

【目的】作物氮素营养状况是表征玉米冠层绿色程度和健康状态的关键指标，为比较玉米氮素营养估测模型中单一光谱指数模型与融合纹理信息模型精度的差异，探究基于无人机多光谱与纹理信息融合的玉米氮素营养估测模型的精准性与可靠性。【方法】采用Matrice 300 RTK多旋翼飞行器搭载MS600 Pro多光谱传感器，获取2年间6个氮素水平下玉米抽雄-吐丝期的多光谱影像数据，提取植被指数和纹理特征信息，综合分析植被指数、单纹理特征、组合纹理指数及植被指数和纹理指数融合的相关性，优选信息量最大的植被指数、归一化差值纹理指数（NDTI）及其组合信息，利用多元逐步回归（MSR）、随机森林（RF）、支持向量机（SVM）和灰狼优化的卷积神经网络（GWO-CNN）对比估测玉米叶片氮含量（LNC）、植株氮含量（PNC）、叶片氮积累（LNA）和植株氮积累（PNA）4个氮素营养参数。【结果】（1）不同氮素处理下玉米原始光谱反射率之间存在差异，红波段R（660 nm）、蓝波段B（450 nm）和近红外波段NIR（840 nm）波段差异较为显著。（2）基于无人机多光谱影像提取的植被指数（EVI、GARI、REOSAVI、SIPI和MCARI）、单纹理特征（var₄₅₀、var₆₆₀、mean₈₄₀、dis₇₂₀和hom₈₄₀）和组合纹理指数NDTI均可用于VT-R1阶段玉米LNC、PNC、LNA及PNA估测，其中基于植被指数的GWO-CNN模型对LNC、PNC、LNA和PNA的估测效果优于单纹理特征和纹理指数模型，R ²分别为0.831、0.761、0.826和0.770。（3）融合植被指数和纹理指数的GWO-CNN模型对LNC、PNC、LNA和PNA估测精度明显高于植被指数和纹理指数，R ²分别为0.921、0.901、0.917和0.892，较单一光谱信息最优估测模型精度R ²分别提高了9.77%、15.54%、9.92%和13.68%。【结论】融合多光谱的植被指数和纹理指数能够有效提高玉米氮素营养估测精度，较好地评估玉米氮素分布情况，为田块尺度下基于无人机平台的玉米氮肥精准管理提供新思路。

【目的】荞麦是一种重要粮食和经济作物。与其他作物相比，荞麦具备较高的耐铝性。实验室前期研究，在铝离子胁迫下的苦荞转录组中发现一个可能与铝离子响应密切相关的转录因子FtbHLH93，探究FtbHLH93的功能，为解决土壤酸化引致铝毒害的问题及耐铝植物的选育提供思路与线索，并为荞麦耐铝性的分子机理解析奠定基础。【方法】以品苦1号的cDNA为模板克隆FtbHLH93，通过qRT-PCR检测其在苦荞不同组织和铝离子处理不同时间段的表达量；酵母系统鉴定转录激活活性；亚细胞定位确定其表达部位。检测过表达材料的黄酮类物质含量，在未处理和铝离子处理条件下测定SOD和POD活性。运用转录组分析差异表达基因，筛选潜在的下游靶基因，对其进行启动子预测，并利用双荧光素酶报告基因试验进行验证。【结果】FtbHLH93转录因子编码区长度为573 bp，编码190个氨基酸残基，预测蛋白分子量为21.759 kDa，等电点为8.64。qRT-PCR结果显示，FtbHLH93在苦荞根中表达量高，铝胁迫下基因表达定量分析表明，FtbHLH93在24 h时表达量最高。转录因子活性鉴定显示，FtbHLH93在酵母系统中无转录激活活性。亚细胞定位显示其定位在细胞核上。在铝离子处理下，过表达FtbHLH93植株的毛状根具有耐铝性，并且SOD和POD活性均显著高于对照组，过表达材料的黄酮类代谢物的检测结果显示，芦丁、儿茶素、烟花苷含量明显高于对照组。通过对转录组数据进行GO和KEGG富集分析，发现GO富集分析中，其与金属离子转运和镉锰离子条目有关，KEGG富集分析中，其与ABC转运蛋白有关，且挖掘出3个铝响应的候选下游靶基因，共表达分析发现其中2个候选下游靶基因与FtbHLH93的表达模式相似。【结论】FtbHLH93转录因子可能通过促进黄酮类物质的累积、SOD和POD活性的提高来缓解铝毒害，FtbHLH93可能靶向调控与铝响应有关的FtPinG0100930100.01、FtPinG0303102000.01和FtPinG0403996200.01。

【目的】株高是对谷子产量提升具有重要作用的性状。研究不同生育时期谷子株高的动态变化，鉴定控制株高QTL位点及效应，为谷子株型育种提供理论依据。【方法】以1个含有215份家系的重组自交系群体YRRIL为研究对象，于2023年5月分别在陕西榆林和陕西米脂2个环境下种植YRRIL群体并分别在苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期和成熟期等5个时期测定各家系的株高性状表型值，结合YRRIL群体的遗传连锁图谱，对谷子株高性状在不同生育时期进行遗传分析和动态QTL定位，鉴定控制谷子株高的非条件QTL和条件QTL。在此基础上，以基因本体论（GO）富集和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析方法对重要QTL进行候选基因预测。【结果】在整个生育期谷子株高增长趋势呈“S”型曲线，拔节期至孕穗期，株高生长速度较快，是株高发育的关键阶段。2个环境下，不同时期群体各家系株高均表现连续分布。2个环境5个时期共检测到86个与株高相关的QTL，分布在谷子基因组全部9条染色体上。包含48个非条件QTL和38个条件QTL，非条件QTL表型贡献率为1.13%—17.49%，其中6个能够在2个生育时期重复检测到，其余均只在一个生育时期检测到；条件QTL表型贡献率为1.97%—14.69%，其中1个能够在2个生育阶段重复检测到，其余均只在一个生育阶段检测到。非条件QTL和条件QTL分析中均不存在能够在3个及以上时期均能检测的QTL。2个环境下非条件QTL和条件QTL分析共检测到12个主效QTL，其中6个QTL为本研究新发现的主效位点。对主效QTL区间内的基因结合同源基因功能注释预测分析，筛选出14个可能与谷子株高相关的候选基因，其中Seita.1G242300.1、Seita.6G110200.1和Seita.7G143300.1等均能直接调控株高发育。【结论】2个环境下，谷子整个生长发育过程中检测到大量QTL参与株高性状的表型调控，79个（91.86%）在其中1个时期起作用，7个（8.14%）在其中2个时期起作用，不存在3个及以上时期均检测到的QTL，有12个主效QTL。利用非条件和条件分析方法检测到的QTL各占55.81%和44.19%，16个（18.60%）既是非条件QTL又是条件QTL。不同时期控制株高发育的QTL效应不同，其中苗期较小，拔节期至抽穗期普遍较大。

【目的】明确转基因复合抗虫耐除草剂玉米LD05的分子特征和目标性状有效性，为产业化应用提供数据基础、技术支撑和产品储备。【方法】利用生物信息学分析设计改造获得的自主产权抗虫融合基因m2cryAb-vip3A，针对创制的新型转基因复合抗虫耐除草剂玉米LD05，选取其BC₄F₃、BC₄F₄、BC₄F₅代开展试验研究。利用特异性PCR和Southern blot开展基因组整合稳定性分析；利用qRT-PCR和ELISA开展表达稳定性分析；通过室内生测和田间接虫试验评价其对靶标害虫的抗性，通过田间喷施草铵膦测试其除草剂的耐受稳定性。【结果】发掘设计出自主产权新型抗虫融合基因m2cryAb-vip3A，创制出复合抗虫耐除草剂玉米转化体LD05，其外源T-DNA以单拷贝形式整合进玉米基因组中。qRT-PCR结果表明，m2cryAb-vip3A和bar在3个世代不同组织器官中均有表达，表达量变化趋势基本一致。其中，m2cryAb-vip3A在连续3个世代苗期叶中表达量最高，平均表达量为36.73，而在成熟期穗轴中表达量最低，平均表达量仅有0.91；bar与m2cryAb-vip3A表达模式相似，在苗期叶片中表达量最高，平均表达量为7.35，在拔节期以后表达量变低。ELISA结果表明，M2CryAb-VIP3A在3个世代不同时期、不同器官中均能稳定积累，且不同世代蛋白积累量相似，其中，不同世代苗期叶中积累量最高，均高于19.67 μg·g^-1 FW；PAT蛋白在连续3个世代的不同组织中均能检测出较高目标蛋白的表达，且在不同世代之间表达量无明显差异，其中，在不同世代苗期叶中表达量最高，平均含量为16.61 μg·g^-1 FW，而在成熟期根中的积累量最低，平均含量为0.30 μg·g^-1 FW。室内生测结果显示，取食LD05的心叶期玉米叶片组织96 h后，玉米螟、草地贪夜蛾、黏虫的校正死亡率均达到100%，为高抗级别；花丝期接虫96 h后，玉米螟、草地贪夜蛾、棉铃虫的校正死亡率分别为100%、100%和98.67%，均为高抗级别。田间接虫试验结果显示，LD05转化体在心叶期和花丝期对玉米螟、心叶期对黏虫，以及在花丝期对棉铃虫的抗性等级均为高抗。草铵膦耐受性试验结果表明，转基因玉米LD05能够耐受4倍草铵膦。农艺性状调查显示，转基因玉米LD05和对照郑58无差别。【结论】研发出自主产权新型抗虫融合基因m2cryAb-vip3A，创制的转基因复合抗虫耐除草剂玉米LD05分子特征清晰、遗传稳定、功能性状突出。