【目的】全基因组范围内探究棉花NLP转录因子的结构特点及进化特征，深入了解棉花NLP转录因子表达模式，为后续NLP的功能研究和利用奠定基础。【方法】采用BLASTP和HMMsearch 2种策略进行搜索，鉴定亚洲棉、雷蒙德氏棉、海岛棉、陆地棉4种棉花全基因组范围内的NLP转录因子家族成员。对确认后的棉花NLP家族成员进一步展开生物信息学分析，利用在线软件Expasy对分子量、理论等电点等理化性质进行预测；使用MEGA 7软件构建系统进化树；通过网站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；TBtools进行染色体定位绘制；McscanX进行棉花NLP家族复制基因分析；利用PlantCARE网站预测棉花NLP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棉花NLP基因表达热图，分析组织表达特性和响应非生物胁迫的特征。通过RT-qPCR分析缺氮和复氮处理后棉花NLP基因的表达情况。【结果】从亚洲棉、雷蒙德氏棉、海岛棉、陆地棉蛋白数据库中分别筛选出11、11、21和22个NLP转录因子成员，家族蛋白序列长度为693—996个氨基酸，相对分子质量为76.92—110.02 kDa，理论等电点为5.13—7.77，亚细胞定位几乎均定位于细胞核中，NLP基因启动子区发现大量激素响应和逆境响应顺式作用元件。系统进化分析将棉花NLP蛋白分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组，基因复制分析发现片段复制是NLP基因在棉花中扩张的主要方式。Ka/Ks均小于1显示棉花中NLP基因进化主要经历纯化选择。表达分析结果也证实棉花GHNLPs响应氮饥饿和复氮过程。【结论】从亚洲棉、雷蒙德氏棉、海岛棉、陆地棉中分别鉴定获得11、11、21和22个NLP转录因子成员，它们之间具有较高的保守性，又有一定程度的差异。陆地棉GHNLPs在缺氮及复氮处理过程中表达量发生显著变化，可能在棉花响应硝酸盐过程中具有一定作用。

非生物胁迫是造成全球粮食减产的主要因素之一。研究植物逆境相关蛋白的功能及应答机制，对于提高作物抗逆性具有重要意义。三角状五肽重复（PPR）蛋白属于高等植物中最大的核编码蛋白家族，因其包含高度特异性的PPR基序而得名。依据基序类型及其排列，PPR蛋白可分为P和PLS两类，PLS类蛋白又可以根据其羧基末端的结构域进一步分为PLS、E、E+、DYW等亚类。PPR蛋白广泛分布于陆生植物中，主要定位于叶绿体和线粒体，亦有少数定位于细胞核中。作为序列特异性RNA结合蛋白，PPR蛋白参与植物RNA加工的多个方面，包括RNA编辑、RNA剪接、RNA稳定和RNA翻译。PPR蛋白在植物的整个生命进程中发挥多种重要作用，但对其在植物抗逆性中的作用机制还不清楚。本文在总结已有报道的非生物胁迫相关PPR蛋白定位和功能的基础上，重点综述了PPR蛋白参与调控植物非生物胁迫的作用机制（包括转录后调控和逆行信号），并对其进行讨论。转录后调控与PPR蛋白参与RNA转录后的修饰作用有关，其一般被认为通过结合RNA并调节细胞器RNA代谢来调控逆境相关基因的表达，从而影响植物抗逆性。逆行信号方面，PPR蛋白的损伤导致线粒体或叶绿体功能受损，然后产生各类逆行信号（如ROS），进而调控相关基因表达，抵御逆境。然而，由于质体中的逆行信号会受到许多环境因素的影响，这些因素部分还未明确，导致PPR蛋白在逆行信号中的作用机制仍有很多问题有待阐明。此外，PPR蛋白存在一因多效性，部分蛋白在作用于抗逆性的同时，还会对植物的生长和生殖产生重要影响。最后，本文阐述了利用PPR蛋白作为RNA编辑工具的研究现状，探讨了目前PPR蛋白响应植物非生物胁迫方面尚待解决的问题及研究前景，提出了未来研究仍需关注的重点和难点，为深入研究PPR蛋白的功能和作物非生物胁迫抗性育种提供参考。

【目的】小麦是世界总产量第二的粮食作物，而粒重是影响小麦产量的重要因素。以和尚头（HST）和陇春23（LC23）衍生的216个家系重组自交系（recombinant inbred lines，RIL）群体为材料，基于55K SNP基因型数据，针对小麦粒重相关性状进行QTL定位，开发和验证粒长主效QTL的共分离标记，为分子标记辅助选择育种提供参考。【方法】利用小麦55K SNP芯片对亲本和RIL群体进行基因分型，构建高密度遗传连锁图谱，并与中国春参考基因组IWGSC RefSeq v1.0进行相关性分析。基于完备区间作图法对多环境粒重相关性状进行QTL定位；通过对主效QTL进行方差分析，判断不同QTL间的加性互作效应，并分析其对粒重相关性状的影响。同时，根据粒长主效QTL的共分离SNP位点开发相应的竞争性等位基因特异性PCR标记（kompetitive allele specific PCR，KASP），并在242份国内外小麦种质构成的自然群体中进行验证。【结果】构建了和尚头/陇春23 RIL群体的高密度遗传图谱，全长4 543 cM，共包含22个连锁群，覆盖小麦21条染色体，平均遗传距离为1.7 cM。遗传图谱与物理图谱具有显著相关性，Pearson相关系数为0.77—0.99（P<0.001）。共检测到51个粒重相关QTL，其中，有4个为3个及以上环境稳定表达的主效QTL，分布在2D、5A、6B和7D染色体。根据物理区间和功能标记分析主效QTL Qtkw.nwafu-2D.1和Qtkw.nwafu-7D分别为光周期基因Ppd-D1和开花基因FT-D1，方差分析表明，二者具有显著的互作效应；Qtkw.nwafu-2D.1和Qtkw.nwafu-7D优异等位基因的聚合显著提高了小麦的千粒重和粒宽。此外，根据粒长主效位点Qgl.nwafu-5A的共分离SNP开发了相应的KASP分子标记AX-111067709，该标记在242份小麦组成的自然群体中与粒长和粒重性状显著相关，在不同环境下能增加粒长3.33%—4.59%（P<0.001）和粒重5.70%—10.35%（P<0.05）。【结论】和尚头（HST）和陇春23（LC23）的粒重相关性状由多个遗传位点控制，其中，Qtkw.nwafu-2D.1和Qtkw.nwafu-7D通过加性互作效应可显著提高小麦的千粒重和粒宽。Qgl.nwafu-5A与粒重和粒长具有显著相关性，其共分离分子标记AX-11106770可应用于分子标记辅助选择育种。

【目的】科学分析我国农业碳排放的时序特征、空间格局、演变模式、脱钩关系和绩效评估等问题，为助力我国实现“双碳”目标、加强建设农业强国提供依据。【方法】构建我国农业碳排放和农业碳排放绩效评估的指标体系，基于2007—2020年我国省域农业碳排放的系统测度指数，采用核密度估计和标准化椭圆可视化分析农业碳排放的区域分布特征和时空演化趋势，选用Tapio模型考察农业碳排放与经济增长之间的脱钩关系，构建非期望产出的超效率SBM模型报告我国和七大经济区的农业碳排放绩效及分解效率。【结果】2007—2020年，我国农业碳排放整体呈现先上升后下降的“倒U型”曲线，区位差异明显，等级分布稳定。东部地区减排效果最优，中部地区出现“两极化”分布，西部地区减排压力较大。空间格局整体以东北-西南方向为主导，并向东北和西北方向趋向分散化。我国农业碳排放和农业经济发展之间已保持在弱脱钩水平并向强脱钩水平突破，可划分为平稳期（2007—2016年）和突破期（2017—2020年）两个阶段。农业碳排放绩效呈现出“迅速上升-缓慢下降-平稳改善”趋势，其中大西北经济区和北部沿海经济区分别居于首位和末位，农业生产技术变化（TC）相较于技术效率变化（EC）贡献更为突出。【结论】以2017年为拐点，我国农业碳排放整体呈现下降趋势，农业经济发展整体上逐渐摆脱对农业碳排放的依赖。各区块与各省份农业基础各异、减排目标不同，需因地制宜合理规划农业比较优势产业的规模和内部结构，合理选择区域内产业的资源禀赋生产特征，同时重视技术迭代与更新在农业经济发展与节能减排之中的推动作用，兼顾地区生态效益与经济效益。

高粱是世界第五大粮食作物，可作为食用、饲用、酿造用和生物能源用。高粱遗传转化技术是高粱功能基因组学研究中必不可少的重要工具，同时，也可作为传统育种方法的重要补充。本文对近年来高粱遗传转化的研究进展进行总结，分析高粱遗传转化中存在的难题，并提出进一步的解决策略，以期为高粱遗传转化技术的进一步改良提供参考。通过对近年来50余篇高粱组织培养和遗传转化文献进行归纳总结。介绍用于遗传转化的高粱基因型、外植体来源、再生体系构建等方面的研究现状，对比电穿孔法、花粉管通道法、基因枪法和农杆菌介导法4种高粱遗传转化常用方法的优劣，总结遗传转化载体主要组成部分启动子、目的基因、选择标记基因和报告基因对转化效率的影响，阐述高粱遗传转化的应用现状，分析高粱遗传转化技术存在的主要瓶颈问题，研究对策措施。高粱基因型对组织培养有很大影响，以P898012和Tx430最为常用。基因枪法和农杆菌介导法是最常用的高粱遗传转化方法，且农杆菌介导法的优势逐渐显现。在载体构建中，CaMV35S启动子和ubi1启动子最为常用，抗生素抗性基因（nptII、hpt）、除草剂抗性基因（bar）和养分同化基因为常用的三大类选择标记基因。随着高粱遗传转化技术及CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术的不断发展，一些重要农艺性状基因被成功转入高粱。但基因型依赖性强、组织培养周期长、遗传转化稳定性差是限制高粱遗传转化的主要瓶颈，通过引入形态发生调节因子，直接进行体细胞发生，缩短了组织培养周期，提高了转化效率，扩大了外植体来源，高粱遗传转化技术取得重大突破。通过引入形态发生调节因子，采用切-浸-芽（CDB）递送系统等方式可进一步改良高粱遗传转化技术，结合CRISPR/Cas9基因编辑技术的应用，必将为高粱分子育种及相关基因功能鉴定提供重要的技术支撑。

【目的】 鉴定丝瓜果长和果径发育基因共表达模块并筛选关键调控基因，为后续丝瓜果形控制的分子机制研究提供理论依据。【方法】以丝瓜9个发育阶段（开花前2 d以及花后0、2、4、6、8、10、15和20 d）果实为研究材料，测定各阶段的果长和果径，利用WGCNA方法联合分析转录组与果长和果径数据，鉴定与果长和果径发育相关的共表达基因模块，筛选关键调控基因。【结果】利用WGCNA鉴定出14个共表达模块，与果长和果径显著相关（相关系数的绝对值=0.9）的共表达模块有2个，显著正相关的模块为Turquoise模块，显著负相关的模块为Lightpink4模块。KEGG富集分析发现，Turquoise模块显著富集在内吞作用和苯丙烷生物合成通路，与果实膨大、伸长调控密切相关，可作为研究丝瓜果长和果径的关键基因模块。根据Turquoise模块内基因的连接度以及功能注释，筛选出10个关键调控基因，包括木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶基因XTH23、肌动蛋白解聚因子基因ADF2、伴侣蛋白基因DnaJ10、扩展蛋白基因（EXPA1、EXPA4和EXLA5）、驱动蛋白基因Kinesin-13A、生长素反应基因SAUR21和Aux/IAA11。RT-qPCR结果显示，10个调控基因的表达量均在果实进入快速生长期（花后8 d）后显著升高，增加倍数约为2—50倍。通过构建基因互作网络，发现部分调控基因与WRKY、bHLH和HSF转录因子家族存在互作关系。【结论】获得了丝瓜果长和果径基因共表达重要模块Turquoise模块，筛选到10个调控基因可作为丝瓜果形控制的潜在候选基因，并发现丝瓜果长和果径的发育调控主要涉及细胞壁的重构、细胞的发育与分化、生长素的调控等过程。

【目的】鉴定绿豆象（Callosobruchus chinensis）热激蛋白（heat shock protein，HSP）超家族基因成员，明确高、低温胁迫后HSP基因在绿豆象中的表达变化，为深入挖掘HSP基因功能提供理论依据。【方法】从Insect Base 2.0下载不同昆虫HSP基因的CDS和蛋白序列，并以此为参考在绿豆象全长转录组测序数据库中进行本地BLASTp和tBLASTn比对搜索，同时结合HMMER和关键词两种方法再次筛选目标序列，最终完成搜索结果的汇总。利用CDD、MEGA、ProtParam等在线分析工具对绿豆象HSP超家族基因进行生物信息学分析。根据绿豆象成虫高、低温转录组测序数据筛选出7个候选CcHsp，采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术比较分析其在绿豆象不同虫态（幼虫、蛹、成虫）及不同温度胁迫下的表达特性。【结果】共鉴定出31个HSP基因，其中包括3个HSP90、8个HSP70、8个HSP60和12个sHSP（small HSP）。理化性质分析显示CcHsp编码的蛋白质包含159—776个氨基酸残基（aa），分子量介于18.4—88.9 kDa，理论等电点为4.95—9.17。亚细胞定位结果显示多数CcHsp定位于细胞质中，少数基因定位于线粒体基质、内质网和细胞核。系统发育分析表明绿豆象热激蛋白不同家族成员与其他昆虫的热激蛋白进化关系较近，显示了其在进化上的保守性。qRT-PCR分析发现，不同虫态在不同温度胁迫后7个候选CcHsp差异表达。CcHsp20.102经高温胁迫后在雌、雄成虫体内的表达量分别上调1 000和500倍；CcHsp70-5经高温胁迫后在雌、雄成虫体内的表达量分别上调500和450倍；幼虫经高、低温胁迫后，CcHsp19.855和CcHsp70-5表达差异显著。【结论】通过绿豆象全长转录组测序数据共鉴定出31个完整的热激蛋白超家族基因成员，分为4个亚家族，家族间蛋白结构、保守结构域和基因表达特征存在差异。CcHsp20.102和CcHsp70-5可能在成虫抵御高温胁迫中行使重要功能，而幼虫的高温耐受性可能与CcHsp19.855和CcHsp70-5的表达差异有关。

【目的】秸秆还田配施氮肥的固碳研究结果存在争议，为此展开本研究，旨在揭示秸秆还田配施氮肥对农田土壤固碳能力的影响以及固碳机理，为秸秆还田配施氮肥固碳研究提供依据。【方法】依托11年的长期定位试验，采用裂区设计，主处理为秸秆处理方式（还田与不还田），副处理为3个施氮水平，分别为不施氮（N0）、施氮 168 kg·hm^-2（N168）、336 kg·hm^-2（N336，过量施氮）。【结果】施用氮肥较不施氮肥小麦增产14.4%—19.5%，秸秆还田对产量影响不显著。秸秆还田显著提高土壤碳累积投入量70.8%（P<0.05），但对土壤有机碳储量影响不显著。与不施氮相比，施用氮肥分别显著提高土壤碳累积投入量和土壤有机碳储量7.7%—8.5%（P<0.05）和4.7%—8.1%（P<0.05）。施用氮肥显著提高土壤固碳速率32.7%—56.1%（P<0.05），过量施氮（N336）显著提高土壤固碳效率51.8%（P<0.05）;秸秆还田显著降低了土壤固碳效率30.9%（P<0.05）。施氮和秸秆还田均能提升土壤碳库容量，N0和N168处理已经达到碳饱和状态。秸秆还田后土壤可溶性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）、易氧化有机碳（EO）含量分别提高4.6%、11.2%、4.5%。与不施氮（N0）相比，施氮（N168）和过量施氮（N336）的DOC分别提高14.1%、29.5%;MBC分别平均降低14.0%、28.0%;EO分别提高8.2%和11.5%。秸秆还田有利于土壤DOC/SOC、微生物熵的提高。施用氮肥有利于DOC/SOC的提升，但降低了微生物熵。秸秆还田与施用氮肥均对土壤EO/SOC没有影响。秸秆还田和施氮均有利于大团聚体（>0.25 mm）的提升，秸秆还田显著提升了大团聚体的有机碳含量5.2%。秸秆不还田下团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）随着氮水平增加表现出先提高后降低的趋势，还田下则表现为随氮水平的增加而增加，秸秆还田分别提升团聚体MWD和GMD 8.8%和7.5%，施用氮肥相较不施氮对MWD和GMD分别提升14.1%—22.7%和16.8%—23.4%。秸秆还田和施氮均能提高有机碳在大团聚体的分布。【结论】秸秆还田配施氮肥可以通过增加碳投入量，提高活性有机碳含量，降低微生物活性，提高团聚体对有机碳的保护来提高耕层碳储量。

【目的】 筛选对玉米腐霉茎腐病病原菌具有抑制作用的木霉（Trichoderma spp.）菌株，明确其分类地位以及对腐霉茎腐病的防治效果和抑菌机理，为腐霉茎腐病生防制剂的研发提供菌种资源。【方法】采用菌丝生长速率法测试候选木霉菌株对肿囊腐霉（Pythium inflatum）、强雄腐霉（P. arrhenomanes）和芒孢腐霉（P. aristosporum）的抑制作用，筛选拮抗菌株；通过形态学和分子生物学特性确定Tr21菌株的分类地位；采用常规抑菌方法观察Tr21对腐霉菌丝形态的影响；采用溴化丙啶（PI）染液检测法及对不同处理时间菌丝上清液中蛋白和核酸吸光值的检测，分析Tr21发酵液对腐霉菌细胞膜通透性的影响；通过不同浓度Tr21发酵滤液浸种试验，检测Tr21发酵滤液对玉米种子发芽性状的影响；通过温室盆栽试验和田间人工接种试验，明确Tr21对腐霉茎腐病的防治效果。【结果】从实验室保存的109株木霉菌中，筛选到7株木霉菌对肿囊腐霉、强雄腐霉和芒孢腐霉具有拮抗活性，抑制率均>60%，其中Tr21菌株对3种腐霉菌的抑制率达到100%，其5×、10×和20×稀释液对3种腐霉菌的抑制率均达到100%。50×稀释液对3种腐霉菌的最低抑制率也达到55.56%。经形态学和分子生物学鉴定，Tr21为非洲哈茨木霉（T. afroharzianum）。显微镜观察显示Tr21发酵滤液能够造成腐霉菌菌丝变粗、菌丝分枝增多、节点缩短、断裂、内含物溢出等畸形现象。PI荧光染色试验显示Tr21发酵滤液导致3种腐霉菌的细胞膜受损，PI染液更易穿透受损的细胞膜进入到菌丝体内，使菌丝染成红色。核酸、蛋白泄露试验发现发酵滤液处理过的菌丝吸光值变化较大，处理5 h后，肿囊腐霉、芒孢腐霉和强雄腐霉菌丝的OD₂₆₀均增加了0.08，OD₂₈₀分别增加了0.10、0.11和0.10，表明腐霉菌菌丝细胞膜受损或其完整性被破坏，导致菌丝内含物外溢。不同浓度Tr21发酵滤液对玉米种子的发芽性状无影响，且当Tr21发酵滤液浓度为20×稀释液时对玉米种子的萌发和生长促进效果最好。盆栽试验结果表明，Tr21发酵滤液浓度为5×稀释液时，对3种腐霉茎腐病的室内防治效果最佳，分别为60.67%、63.15%和59.66%。用Tr21的5×稀释液进行种子处理，当药种质量比例为1﹕100时，对腐霉茎腐病的防治效果最高，达82.25%。【结论】获得一株有效防治玉米腐霉茎腐病的木霉菌株Tr21，经鉴定该菌为非洲哈茨木霉，该菌株发酵滤液可导致腐霉菌菌丝畸形、断裂、细胞膜受损、内含物溢出等，是一株具有开发前景的生防微生物。

图位克隆是鉴定特定表型变异遗传基础的经典有效策略。棉花功能基因图位克隆，对育种工作者创新利用种质资源、培育和定向设计新品种、提高育种效率有重要指导作用。近年来，随着雷蒙德氏棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉等基因组测序的完成和不断完善，基因的物理位置信息已知，省去了筛选基因组文库和构建候选区段物理图谱的过程，棉花功能基因图位克隆研究进入快速发展期。2016年，利用正向遗传学方法首次图位克隆了陆地棉显性无腺体Gl₂^e（GoPGF），目前已有20个质量性状基因和5个数量性状基因通过图位克隆策略鉴定。本文从基因符号、名称、染色体定位、候选基因等方面系统综述棉花纤维、腺体、蜜腺、叶型、株型、植株颜色、育性等性状相关图位克隆基因；并从图位克隆作图群体和集团分离分析法测序（bulked segregate analysis-sequencing，BSA-seq）应用等方面系统综述图位克隆策略。随着基因组测序技术的升级、测序成本的降低、BSA-seq等新方法的应用，图位克隆发展更加快速准确。利用转基因和基因组编辑技术对基因功能开展全面系统的鉴定评价，将为棉花分子设计育种提供理论基础和基因资源，加快棉花遗传改良进程。

【目的】 畜禽养殖业是重要的温室气体排放源，我国是生猪养殖大国，科学评估生猪养殖系统碳足迹，能够为畜牧业深入推进减排降碳提供参考借鉴。【方法】 本文中从碳足迹评估模型、评估方法和主要排放源三方面对国内外生猪养殖系统碳足迹评估研究现状进行梳理，围绕系统边界、排放源、核算方法以及单位选择等因素深入分析了评估结果差异性的成因，解析了饲料生产、粪污处理等环节对评估结果的影响。【结果】 目前国外对生猪养殖生产全生命周期的碳足迹评估形成了较为成熟的评估模型。每生产1 kg功能单位的猪肉碳足迹为2.2—10.3 kg CO_2-eq。各研究中，不同评估方法会对评估结果产生较大影响。划定不同的系统边界、采用不同的功能单位，均会导致碳足迹评估结果出现差异。同时，在相同系统边界内，核算的排放源不同、同一排放源选取的参数不同，或者选择不同的分配方法也会影响评估结果。在生猪养殖生产系统中，饲料生产是对生猪生产系统碳足迹贡献最大的环节，占比为49%—83%。粪便管理环节的排放仅次于饲料生产环节，占比为12%—41%。【结论】 为了使我国生猪养殖系统的碳足迹评估更加精准和广泛，应开展针对中国不同区域不同养殖模式下温室气体排放关键参数的监测，根据我国生猪养殖系统发展现状建立适合本国国情的碳足迹评估数据库，统一评估方法，规范评估要求，创建符合地区实践的评估模型，为我国生猪养殖产业的可持续发展提供数据参考。

小麦条锈病是中国重要的流行性真菌病害，严重威胁国家粮食安全。通过持续应用抗病品种和植保措施，小麦条锈病在中国得到了较好的控制。然而，随着全球气候变化、栽培制度的变革、育种方法技术的改进、产量水平的提高及条锈菌群体结构和毒性频率的不断变异，有必要对新时期小麦抗条锈病基因育种利用现状进行科学评估，以期为广谱持久多抗小麦品种的培育提供依据。本文通过对近年来中国西南、西北和黄淮主产区小麦品种（系）的条锈病抗性进行系统的抗病鉴定、遗传分析和抗条锈病基因分子标记的定位和检测，总结了中国小麦育种中主要抗条锈病基因的利用情况，对中国小麦抗条锈病基因发掘与种质创新、小麦育种中利用的主要抗条锈病基因、新时期抗条锈病基因利用的策略、小麦育种中抗条锈病基因选择和鉴定等进行了论述，并对新时期小麦抗条锈病育种发展方向进行了展望。

小麦是全球最重要的粮食作物之一，干旱是影响其生长发育最重要的非生物胁迫因子。根系作为作物获取水分和养分的重要器官，直接决定了作物对土壤水分的利用效率。近年来，越来越多的研究表明，根系构型在植物干旱胁迫响应中发挥了重要功能。本文综述了目前根系构型在调控小麦抗旱性方面的研究进展。首先概述了根向性生长，特别是根向重力性生长对植物根系结构的塑造作用，重点总结了目前挖掘到参与根系向重力性生长的相关基因及其分子调控机制，并阐述了根向性生长调控的根系构型是如何介导小麦对干旱胁迫的适应。除了根向性生长，根系的发育过程也参与了对植物根系构型的调控，并决定植物对干旱胁迫的适应能力，因此，本文进一步综述了在干旱胁迫条件下小麦如何通过调控根系发育来改变根系形态，包括增加根长、调控侧根数量和根毛密度等，来增强小麦对土壤水分的吸收和对干旱环境的适应；同时，系统总结了干旱胁迫条件下参与调控作物（尤其是小麦）根系发育的相关基因。此外，根系作为植物地下部分，其构型的解析一直是本领域研究难点，阻碍了对根系结构与植物耐旱性关系的进一步解析，因此，本文也归纳了目前可用于小麦根系二维结构和三维结构表型分析的技术。这些技术可测量和分析小麦根系的长度、密度、生长方向和形态等参数，为深入理解根系构型与小麦抗旱性关系提供技术支撑。最后，展望了改良根系结构在小麦抗旱育种中的应用前景，并对如何挖掘更多潜在的小麦根系构型调控基因，及解析相关基因的调控机理进行了讨论。综上所述，小麦根系结构与小麦抗旱性关系密切，随着测序和分析技术的不断发展，以及小麦根系结构调控机制研究的不断深入，为未来培育抗旱小麦新品种提供了新的手段和策略。

【目的】穗长在决定小麦穗的构造和产量潜力方面具有重要作用。挖掘具有育种利用价值的小麦穗长数量性状位点（quantitative trait loci，QTL），并解析其遗传效应，为分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以自然突变体msf和川农16构建的198份F₆代重组自交系（recombinant inbred lines，RIL）群体（MC群体）作为研究材料，于2020—2021和2021—2022年生长季，在四川温江区、崇州市和雅安市（2021WJ、2022WJ、2021CZ、2022CZ和2021YA）进行试验，对5个环境下的穗长进行表型鉴定。利用基于16K SNP芯片构建的高质量遗传连锁图谱对穗长性状位点进行定位。另外，根据穗长主效QTL侧翼标记的基因型分析主效位点对产量相关性状的遗传效应，从而评估其对产量提升的潜力。【结果】共鉴定到14个控制穗长发育的QTL，主要分布在1A（1个）、1B（1个）、2B（1个）、3D（3个）、4A（1个）、4D（2个）、5A（1个）、5B（1个）、7A（1个）、7B（1个）和7D（1个）染色体。其中，QSl.sau.1A在4个环境及最佳线性无偏预测（best linear unbiased prediction，BLUP）值中被检测到，可解释6.46%—20.12%的表型变异率，定位于1A染色体侧翼标记1A_1208254—1A_10060497间，被视为主效QTL。QSl.sau.1A的正效应位点来源于亲本msf。在多环境QTL分析结果中也检测到QSl.sau.1A，表明其受环境影响较小，为主效且稳定表达的QTL。QSl.sau.1A的效应在2个具有不同遗传背景的验证群体中得到进一步验证。除旗叶长无显著变化以外，携带QSl.sau.1A正效应位点株系的每穗籽粒数（12.68%）、每穗粒重（14.99%）、千粒重（5.79%）、旗叶宽（2.94%）和小穗数（1.48%）显著增加，花期（0.61%）显著提前，而株高（-6.47%）和有效分蘖数（-36.11%）显著减少。【结论】在1A染色体定位到1个主效且稳定的穗长位点。QSl.sau.1A正效应位点显著提高穗粒数、穗粒重、千粒重和小穗数，具有一定的育种价值。

【背景】伴随着棉纺织工艺水平的提升和人们对高品质纺织品的追求，提升棉花纤维品质日益重要。类成束阿拉伯半乳糖蛋白（fasciclin-like arabinogalactan proteins，FLAs）在棉纤维起始发育、次生壁合成等过程中可能具有重要作用。【目的】通过对棉花FLA基因家族进行全面鉴定与分析，研究该家族成员的共性特征及特异性表达模式，为FLA在棉纤维发育中的功能研究提供参考。【方法】根据棉花全基因组数据，使用HMMER 3.0对棉花FLA基因家族成员进行鉴定，并通过Pfam、Smart等软件进一步确认。使用ExPASy、TMHMM分析蛋白理化性质及跨膜结构域，应用MEGA、MCScanX、GSDS、MEME、TBtools、Jalview等工具进行进化树构建、染色体定位、共线性分析和蛋白保守结构域序列比对等。通过转录组数据分析陆地棉FLA基因在不同组织中的表达情况。利用实时荧光定量聚合酶链式反应（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）检测GhFLAs在不同纤维品质材料的胚珠及不同发育时期纤维中的表达差异。利用病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing，VIGS）技术验证GhFLA05的功能。【结果】在陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉全基因组中分别鉴定出41、40、20和21个FLA家族成员，系统进化树显示，棉花FLA蛋白可以分为4个群组。进一步对陆地棉FLA家族蛋白进行分析，41个成员均具有1—2个AGP-like糖基化区域和1—2个类成束蛋白结构域（fasciclin-like domain，FAS），其中，37个含有信号肽（signal peptide，SP），25个含有糖基化磷脂酰肌醇（glycosylphosphatidy linositol anchored protein，GPI）锚定信号，基因结构和基序组成在各组中相对保守。亚细胞定位显示，GhFLA05_D可能定位在细胞质的内质网，呈聚集状颗粒，GhFLA18_A和GhFLA22在细胞膜/壁、细胞质和细胞核中均有表达。转录组测序结果表明，Group A和Group B中的FLA蛋白主要在纤维中高表达，可能参与了棉纤维发育伸长和次生壁加厚等过程。在纤维品质差异显著的2个材料中，Group A和Group B成员具有相似的表达模式，并主要在纤维次生壁发育阶段、尤其是20—25 DPA时期优势表达；其中，GhFLA05在次生壁增厚期表现出特异性表达，两材料间存在显著差异，在高比强的RIL229的次生壁阶段更早达到最大值，推测GhFLA05可能在调控纤维比强度差异形成中发挥作用。利用VIGS技术沉默GhFLA05后，使棉纤维断裂比强度降低。【结论】在陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉中鉴定出122个FLA家族成员，可分为4个群组，不同群组成员间具有较高的结构和功能相似性，并从中鉴定了Group A和Group B成员，可能是主要与棉纤维发育相关的基因。明确家族中GhFLA05是次生壁合成阶段优势表达基因，并与陆地棉不同材料纤维比强度差异形成密切相关。

穗发芽是禾本科作物籽粒在收获前于高湿环境下的穗上发芽现象，严重影响小麦的产量与品质。种子休眠水平是影响小麦穗发芽抗性的主要因素，而往往驯化作物的籽粒休眠水平低，导致栽培小麦普遍比其野生祖先种更易发生穗发芽。小麦穗发芽主要受外源环境（温度、湿度等）和内源植物激素（GAs、ABA、IAA、MeJA、ET、BR）的调控。已鉴定出一批抗穗发芽材料，并克隆了一系列调控穗发芽抗性的关键基因，如PM19、MFT、MKK3、Myb10-3D、Vp1等。通过分子标记辅助选择、人工合成小麦和CRISPR/Cas9基因编辑技术，已成功创制了抗穗发芽小麦新材料。本文综述了小麦穗发芽抗性的遗传机制及抗性育种研究的最新进展，未来仍需继续挖掘关键穗发芽抗性基因，以生物育种的方法培育抗穗发芽小麦新品种。

浮萍是一种常见于静水环境中的水体漂浮微观植物。以大气CO₂浓度增高为主导致的温度上升为特征的气候变化威胁着粮食安全。或因气候变暖及灌溉水体富营养化等，近年来我国稻田浮萍伴生有逐年加重趋势。本文综述了浮萍对稻田的影响，发现了一些重要信息：浮萍伴生降低稻田水体温度0.8—2.76 ℃及pH 0.10—0.45，改变了微生物群落结构，减少稻田NH₃挥发18.2%—59.0%，提高氮利用率17.2%—78.0%，结果增加了稻田氮汇及稻谷产量（9.0%—34.6%）；伴生浮萍生长繁殖快，其年产生物量可达8×10³—13×10³ kg·hm^-2，碳汇几乎与当季水稻相当；水稻浮萍的互利共生总体大于竞争，二者伴生呈现了稻田生态系统对环境变化适应的现象。但未来本领域仍需深入研究，包括浮萍伴生，特别是与环境因子互作（高温及高CO₂浓度等）条件下，对稻田生态环境变化、水稻生长、产量、品质的影响及机制和可能带给稻田的风险等，为未来基于水稻-浮萍等生物协作开发适应气候及环境变化、维持农业可持续发展的稻作技术提供理论支撑。

【目的】条锈病是威胁小麦安全生产的重要真菌病害，了解国内外育种材料抗性水平和抗病基因的分布，发掘新的抗性资源，为提高抗病基因利用效率提供依据。【方法】利用中国当前条锈菌优势生理小种CYR33和CYR34对153份国内外小麦育种材料进行苗期抗性鉴定，于2018—2019、2019—2020和2020—2021年，在湖北鄂州，利用这两个小种对供试材料进行成株期抗性鉴定；结合已知抗性基因Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP等功能标记或紧密连锁分子标记进行基因型检测。【结果】苗期结果显示，10份材料对CYR33表现免疫（反应型IT为0），包括7份国内材料（即山农28、漯麦163、石麦13、中意6号、郯麦98-2、中麦175和泰山21）和3份国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）材料（CIM-53、CIM-60和CIM-71）；仅2份国内材料在苗期对CYR34小种表现免疫（郯麦98-1和山农102）。此外，成株期条锈病田间鉴定显示，64份材料在田间3年均表现出稳定抗性（最终严重度≤5%），包括7份国内材料和57份CIMMYT材料。利用抗病基因功能标记或紧密连锁分子标记检测显示，153份材料中携带Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和YrSP抗性基因的材料分别有31、23、73、2、4、50和2份，未检测到含有Yr5和Yr15的材料。综合苗期和成株期表型，仅CIM-53对2个生理小种在苗期和成株期均表现为免疫（IT=0，严重度为0），分子标记检测显示，该材料可能含有已知抗病基因Yr17和Yr29。【结论】国内外153份小麦种质对当前条锈菌流行生理小种的抗性主要以成株抗性为主，其中国内小麦品种主要携带Yr9、Yr10和Yr26抗性基因，而CIMMYT小麦品系则携带Yr17、Yr18和Yr29为主，表明通过聚合1—2个非免疫苗期抗性基因和2—3个成株抗性基因，在成株期多个环境条件下均表现出近免疫抗性水平，是CIMMYT小麦品系保持持久抗性的主要原因。亟待广泛挖掘抗源，发掘新的抗病基因，充分利用现代生物技术手段快速培育具有持久抗性且农艺性状优良的小麦新品种，进一步提高中国麦区条锈病整体抗性水平。

【目的】通过对小麦穗长稳定主效QTL进行遗传及育种选择效应分析，明确其对产量性状的遗传效应，评价其未来育种应用潜力，为后续基因挖掘和小麦分子育种提供依据。【方法】利用科农9204×京411构建的重组自交系（recombinant inbred lines derived from the cross of Kenong 9204 and Jing 411，KJ-RIL）群体定位到一个多环境稳定表达的穗长主效QTL，命名为qSl-2D;利用双亲靶区间序列差异InDel位点开发出2个与该QTL紧密连锁的分子标记;结合分子标记及55K芯片基因型数据，分别进行基于KJ-RIL、MY-F₂、NILs及自然作图群体的产量相关性状遗传效应分析;基于自然作图群体基因分型，分析qSl-2D单倍型在各麦区及不同年代的育种选择效应。【结果】QTL定位结果表明，qSl-2D可在7/10组环境数据中被检测到，可解释4.02%—10.10%的表型变异。其中，5/10组环境数据的LOD峰值均位于608.75 Mb处。遗传效应分析结果表明，qSl-2D增效等位基因型在4个群体遗传背景下均能显著增加穗长。此外，其在大部分群体背景下对穗粒数、株高有正向效应，而对千粒重、穗粒重和单株产量有负向效应。对KJ-RIL群体株高进一步分析发现，qSl-2D增效等位基因型对株高效应未达到显著水平的原因在于其对除穗下节间长以外的各节间长都有降秆效应;qSl-2D单倍型分析结果表明，长穗单倍型Hap-AA-GG在不同麦区中选择利用率差异较大，在北部冬麦区中选择利用率最高，占比24%;而短穗单倍型Hap-CC-CC在大部分麦区中占比30%以上。此外，随着年代的递进，qSl-2D长穗单倍型选择利用率逐渐降低，而短穗单倍型一直保持较高的选择利用率。【结论】定位到一个稳定主效的穗长QTL——qSl-2D，其增效等位基因型可在不同遗传背景下显著增加穗长，同时对其他产量相关性状有一定的遗传效应。靶区段开发的紧密连锁分子标记可用于小麦穗长及相关产量性状的遗传改良。

【目的】了解中国小麦条锈病西北重要越夏菌源区甘肃陇东和陇南近20年育成小麦品种（系）中抗条锈病基因的利用情况，为陇南小麦条锈病遗传多样性控制，持久抗病品种的培育和可持续绿色健康生态农业奠定基础。【方法】于2019—2020年和2020—2021年种植季对117份冬小麦品种（系）甘肃清水县和四川郫都区进行成株期抗条锈病鉴定，2021年分别用条锈菌CYR33和CYR34对117份品种（系）进行苗期抗条锈病鉴定，并利用分子标记对15个抗条锈病基因进行检测。【结果】田间成株期对条锈菌主要流行致病性混合小种抗病的品种（系）占29.1%，其中，25.6%为陇南区域品种（系），3.4%为陇东区域品种（系），另有25.6%陇南区域感病品种（系）表现慢病性（严重度<20%）。有70.1%品种（系）苗期对CYR33表现抗病，其中，57.3%为陇南区域品种（系），12.8%为陇东区域品种（系）；仅6.0%品种（系）苗期对CYR34具有抗病性，为陇南区域的兰天131等7个品种（系）。苗期和成株期抗病品种（系）以2010年后育成的兰天、中梁、天选、兰航选系列品种为主。分子标记检测结合系谱分析，发现抗条锈病基因Yr9、Yr10、Yr17、Yr18、Yr26、Yr28、Yr29、Yr30、Yr41、Yr46、YrZH22和YrZH84在所有检测品种（系）中的频率分别为49.6%、1.7%、12.8%、7.7%、12.8%、20.5%、10.3%、34.2%、2.6%、16.2%、15.4%和27.4%，且多以基因聚合体形式存在于品种（系）中，62.4%品种（系）中聚合了2—5个抗条锈病基因，YrZH84、YrZH22和Yr17中的一个或多个基因与其他抗条锈病基因聚合后，品种（系）的条锈病抗性明显高于其他基因组合。此外，在陇南菌源区，以种植小麦为主的山旱地区域（条锈菌越夏区）所推广的品种（系）中，含有Yr10、Yr17、Yr18、Yr28、Yr29、Yr30、Yr41和Yr46的频率较高，越冬区（川水地）推广品种（系）中主要有Yr26、Yr30、YrZH22和YrZH84，越夏区和越冬区品种（系）的抗性遗传背景差异明显，且越夏区品种（系）含有的抗病基因类型多样性高于越冬区。【结论】在越夏菌源区甘肃陇南、陇东的品种（系）中，抗条锈病基因分布频率、抗病基因类型及数量均有明显提高，避免了品种抗病遗传背景单一化问题，实现了品种（系）中的抗病基因较为复杂多样，部分品种的抗病性保持时间长，表明陇南地区利用小麦品种遗传多样性控制条锈病策略的实施已初显成效。

【目的】β-微管蛋白是棉纤维细胞形态建成的基本结构单位，在纤维发育过程中具有重要作用。通过鉴定棉花β-tubulin基因家族成员，并进行生物信息学和表达模式分析，为深入探究β-tubulin基因在棉花纤维发育中的作用提供理论依据。【方法】利用BLAST方法，在4个棉种基因组中鉴定β-tubulin基因家族成员，并结合ProtParam tool分析理化性质、MEGA7.0构建系统进化树、Mapchart2.2绘制染色体定位图、MEME分析保守基序、PlantCARE分析启动子顺式作用元件；根据39个材料发育纤维转录组数据分析陆地棉β-tubulin基因家族的表达水平，并利用Spearman相关性分析鉴定影响纤维品质性状形成的β-tubulin基因。【结果】在陆地棉（Gossypium hirsutum，AD₁）、海岛棉（Gossypium barbadense，AD₂）、亚洲棉（Gossypium arboretum，A₂）和雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii，D₅）基因组中分别鉴定到36、37、19和18个β-tubulin基因，且在四倍体棉种中的数目约是二倍体棉种数目的二倍，系统进化将其分为ClusterⅠ—ClusterⅤ共5个亚组。系统进化与共线性分析发现，与陆地棉β-tubulin基因家族相比，海岛棉与二倍体亚洲棉和雷蒙德氏棉亲缘关系更近。保守结构域均具有典型的Tubulin和Tubulin-C。理化性质分析表明，该家族基因编码的氨基酸数目为421—508，等电点为4.68—5.09。启动子顺式作用元件分析获得生长发育响应相关元件、激素响应相关元件和胁迫响应相关元件等，表明β-tubulin基因参与细胞的生长调节。利用TM-1转录组数据对36个陆地棉β-tubulin基因表达模式进行聚类分析，发现有42%基因在纤维中优势表达；此外，利用海陆群体动态纤维转录组数据筛选到1、6和11个β-tubulin基因分别与纤维马克隆值、比强度和纤维长度显著相关，其中4个基因同时影响纤维长度和比强度性状。【结论】4个棉种中共鉴定出110个β-tubulin基因家族成员，氨基酸理化性质和序列高度保守而启动子序列调控元件多样；筛选出陆地棉纤维优势表达的β-tubulin基因家族成员，并发掘潜在调控纤维发育的候选基因。

【目的】水稻Pi9位点由多个串联的同源NLR基因组成，从中已克隆了超过10个优良的稻瘟病抗性基因。论文旨在鉴别水稻亲本Pi9位点抗性基因的组成，促进该位点基因快速、精准地应用于水稻抗性育种。【方法】对比Pi9位点已克隆抗性基因的序列，从中发掘各基因特异的核苷酸位点；然后将各目标基因分别与数据库（Rice Resource Center）中的155个水稻基因组进行比对分析，进一步从中筛选出特异最强的核苷酸位点，用于Pi2、Piz-t、Pi9、Pi9-type5、PigmR和Pid4 6个抗性基因特异分子标记的开发；以24个抗稻瘟病单基因系、阳性对照和110个四川盆地水稻亲本为鉴定对象，通过优化PCR扩增条件、测序或基因组数据分析检验分子标记鉴定结果的准确性。由于该位点基因的同源性较高、基因间常常拥有一些相同的特异位点，导致许多抗性基因很难用一对分子标记进行精准鉴定，因此采用多对分子标记共同鉴定的方式；另外许多特异位点为单碱基差异，因此需要对差异位点旁的碱基进行特异突变，使引物的3′端具有两个碱基的错配，以提高PCR扩增的特异性。【结果】最终为6个Pi9位点的抗性基因开发了有效的分子标记，发现32.09%的参试水稻材料含有Pi9位点抗性基因。Pi9、Pid4、PigmR、Piz-t、Pi2和Pi9-type5分别存在于1、7、8、14、23和33个水稻材料中，其中Pi9仅存在于单基因系中。这些抗性基因通常两个或多个组合在一起，同时存在于一个水稻材料中。其中Pi9-type5往往与Pi2或Piz-t成对出现，仅在成恢993、HR2168和绵恢365 3个亲本中单独存在。雨恢38含有的Pi9位点抗性基因最多，分别有Pi2、Pi9-type5、PigmR和Pid4。川谷B、川农4B、内香6B和双1B中均同时含有Piz-t、PigmR和Pid4 3个抗性基因。千乡654B中含有Piz-t和Pid4两个抗性基因。【结论】为Pi9位点的6个同源稻瘟病抗性基因开发了特异的分子标记，明确了四川盆地110个水稻亲本Pi9位点的抗性基因组成，揭示了Pi9位点抗性基因丰富的组合形式，为水稻育种的抗原选择提供了明确参考。

【背景】MicroRNA（miRNA）是长度为18—25 nt的短RNA分子，在哺乳动物卵巢颗粒细胞调控卵泡发育过程中起着重要作用。团队前期对云上黑山羊高、低产羔数个体卵巢转录组测序结果显示，miR-535能够影响山羊产羔数，但具体调控机制尚不清楚。【目的】通过研究miR-535靶向GAB2（GRB2 associated binding protein 2）及其相关信号通路PI3K/AKT对山羊颗粒细胞增殖的影响，进一步探讨其分子生物学调控机制。【方法】在本研究中，选择具有两胎以上产羔记录的高、低产云上黑山羊各3只，同期发情处理后采集卵泡期卵巢组织，收集原代颗粒细胞。使用荧光定量PCR（reverse transcription-quantitative PCR，RT-qPCR）检测miR-535和GAB2在云上黑山羊高、低产卵巢组织中的表达量。构建GAB2的过表达/干扰载体，使用RT-qPCR、Western blot、免疫荧光、CCK8、EdU和细胞凋亡检测候选基因 GAB2对山羊卵巢颗粒细胞增殖的影响。使用miRDB和miRanda软件预测miR-535和GAB2的靶向关系，构建GAB2的野生型和突变型载体，利用双荧光素酶活性检验检测miR-535和GAB2的靶向关系。构建过表达/干扰miR-535载体，探究其颗粒细胞增殖及下游基因功能的影响。【结果】RT-qPCR结果显示，GAB2在高产云上黑山羊卵巢组织中的表达量显著低于低产个体，miR-535的表达则相反（P<0.05）；随后，RT-qPCR和Western blot结果表明，在颗粒细胞中过表达GAB2后，CCND2、CDK4和BCL2的表达量显著升高（P<0.05），BAX的表达量显著降低（P<0.05），抑制其表达则与之相反；EdU和CCK8检测显示，GAB2过表达后显著促进颗粒细胞增殖（P<0.05），抑制其表达后则相反；双荧光素酶报告试验表明，miR-535抑制了GAB2基因3’UTR区域的双荧光素酶活性。RT-qPCR和Western blot结果显示，在颗粒细胞中过表达miR-535后，GAB2、CCND2、CDK4和BCL2的表达量显著降低（P<0.05），BAX的表达量显著升高（P<0.05），抑制其表达后则与之相反；EdU和CCK8检测显示，miR-535过表达后抑制颗粒细胞增殖，抑制其表达后则相反；细胞凋亡试验表明，miR-535过表达后促进颗粒细胞增殖，抑制其表达后则相反。在颗粒细胞中抑制miR-535后，发现PI3K/AKT信号通路标志因子AKT1的表达水平显著升高（P<0.05）。【结论】miR-535通过抑制GAB2的表达，抑制了山羊颗粒细胞的增殖，为进一步探究miR-535调控山羊颗粒细胞的生物学功能提供了理论依据。

【目的】干旱与半干旱地区的水肥资源贫乏，而小麦不同基因型间的磷效率差异很大，因此，鉴选耐低磷种质、挖掘磷代谢遗传位点有助于小麦的遗传改良。【方法】以282份山西小麦品种为材料，在正常磷（0.2 mmol·L^-1）、中度低磷（0.1 mmol·L^-1）和低磷胁迫（0.01 mmol·L^-1）3个磷浓度条件下对苗期根部鲜重、茎叶部鲜重、植株鲜重、根部干重、茎叶部干重、植株干重，最大根长、总根长、根表面积、根体积、根直径和根尖数共12个形态指标进行考查，运用主成分分析、隶属函数分析及聚类分析等方法综合评价苗期不同品种的耐低磷特性，在此基础上，分析苗期性状演变趋势及生物量分配等特征，并利用全基因组关联分析挖掘小麦耐低磷位点。【结果】苗期不同性状对低磷的响应程度不同，磷浓度降低导致生物量分配策略发生变化，与根部生长情况比较，地上部生长受磷浓度变化影响小；磷浓度降低会抑制地上部生长，地上部干重和鲜重显著降低，而低磷促进了根系生长，根部干重和鲜重、最大根长、总根长、根体积和根尖数等指标显著增加。根据耐低磷综合D值与形态指标相关分析发现最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标，D值聚类分析筛选到晋麦46、晋麦61、有芒大红茎、红秃麦、红和尚、白壳红、白线麦、火烧头和白山麦共9份耐低磷品种。性状演变分析发现品种耐低磷能力没有受到直接选择。耐低磷能力随年代变化先降后升，2010年之前品种耐低磷能力呈下降趋势，2010年后品种耐低磷能力有所提升。关联分析检测到8个R ²>10%的稳定位点，其中，1A_545074550、2B_489279799、6A_166899658和6A_273060644未见报道。【结论】苗期最大根长和根直径可作为苗期耐低磷的筛选指标。通过综合评价山西小麦苗期耐低磷能力，筛选到9份耐低磷品种。在1A、2B和6A染色体上检测到4个与耐低磷相关的新位点。

【目的】通过对芥菜型油菜苗期氮效率相关性状进行全基因组关联分析，挖掘与油菜氮效率相关性状显著关联的SNP位点，预测相关候选基因，为揭示油菜氮高效分子机制和创制氮高效种质提供理论依据。【方法】以153份芥菜型油菜品系作为关联群体，设置低氮和正常氮2个处理，每个处理设置3个重复，并在2年（2021和2022年）进行2次完全重复的营养液培养试验。计算植株根冠比和地上部氮含量的相对值（低氮/正常氮），以此作为氮效率相关性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS），挖掘氮效率相关候选基因。【结果】芥菜型油菜氮效率相关性状表现出丰富的变异，变异幅度为0.21—2.44，变异系数为22.92%—26.19%。全基因组关联分析检测到45个显著关联的SNP位点，其中，第一次根冠比相对值（relative root-shoot ratio 1，RRSR1）和第二次根冠比相对值（relative root-shoot ratio 2，RRSR2）共同关联到的显著SNP位点有16个，这些位点可解释的表型变异率为10.69%—15.39%。第一次地上部相对氮含量（relative shoot nitrogen concentration 1，RSNC1）和第二次地上部相对氮含量（relative shoot nitrogen concentration 2，RSNC2）共同关联到的显著SNP位点共有29个，可解释的表型变异率为13.22%—23.96%。在显著SNP位点上下游200 kb范围内共筛选出15个与氮效率相关候选基因，包括5个与硝酸盐转运相关的基因（BjuNPF5.8、BjuNRT2.7、BjuNPF2.3、BjuCLCb和BjuNRT1.3）、3个与氮代谢相关的基因（BjuASN3、BjuGLU2和BjuADCS）、4个与生长发育相关的基因（BjuCOBL8、BjuPYL6、BjuSAUR72和BjuUP3）和3个与逆境响应相关的基因（BjuNTP7、BjuJUB1和BjuPYL6）。【结论】共检测到45个与氮效率相关性状显著关联的SNP位点，筛选出15个可能与芥菜型油菜氮效率相关的候选基因。

【目的】 挖掘玉米抗旱关键基因、揭示其抗旱分子机制，为培育抗旱玉米新品种提供基因资源和理论指导。【方法】 采用转录组数据结合加权基因共表达网络（weighted gene co-expression network，WGCNA）与抗旱性生理生化指标的筛选方法，鉴定与抗旱和复水相关的ZmPAL基因。利用生物信息学方法对编码PAL的基因进行全基因组分析。运用实时荧光定量PCR（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）检测ZmPAL基因在干旱处理条件下的表达情况，以及ZmPAL5在不同自交系间的表达特性和在不同组织中的表达模式。最后，利用遗传转化分析ZmPAL5在玉米中的抗旱功能，并借助CRISPR/Cas9技术对PAL5同源基因进行缺失型拟南芥突变体的抗旱性分析。【结果】 鉴定了19个玉米ZmPAL基因，其中6个基因聚集在第5染色体上，其编码蛋白多为亲水性酸性蛋白，且PAL家族基因的进化相对保守。ZmPAL基因启动子区域含有大量与激素和非生物应激响应相关的顺式作用元件。确定了6个核心基因，其中4个基因在干旱处理后显著上调表达。尤其是ZmPAL5在干旱胁迫后表达量增加了8.57倍。在干旱胁迫和复水处理条件下，发现抗旱自交系郑8713中ZmPAL5的表达水平显著高于旱敏感自交系B73。同时，ZmPAL5是一个组成型表达基因，在幼茎中表现出高水平的表达。过表达ZmPAL5玉米在干旱胁迫下生长良好，其相对含水量、木质素、叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸含量，以及超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性分别是野生型的1.52、1.49、1.47、1.43、1.44、1.41、1.53、1.41和1.35倍，但丙二醛含量是野生型的0.65倍。PAL5缺失型拟南芥突变体对干旱敏感。在干旱胁迫下，其生理生化指标与过表达ZmPAL5玉米的指标变化趋势相反。【结论】 筛选出6个响应干旱胁迫的核心基因（ZmPAL3、ZmPAL5、ZmPAL6、ZmPAL8、ZmPAL11和ZmPAL13），其中，ZmPAL5的表达量与抗旱性呈正相关。ZmPAL5通过影响渗透调节物质含量和抗氧化酶活性正向调节植物的抗旱性和恢复能力。

【目的】冠层活性是反映作物生长发育的重要指标，发掘小麦冠层活性相关基因并分析其与产量性状的关系，为解析产量遗传结构和辅助育种提供理论支撑。【方法】以166份国内外小麦品种为材料，将其种植于河南安阳和安徽濉溪，结合已构建的包含326 570个来源于小麦90K和660K SNP芯片标记的高密度整合物理图谱，对苗期和花后10 d归一化植被指数（NDVI-S和NDVI-10）及花后10 d旗叶叶绿素含量（Chl-10）进行关联分析，并与前期利用相同材料得到的产量相关性状结果进行比较。【结果】NDVI-S、NDVI-10和Chl-10在基因型、环境及基因型×环境互作间变异方差均达极显著（P<0.01）差异，广义遗传力（h2 b）分别为0.81、0.81和0.91。分别检测到13、12和15个与NDVI-S、NDVI-10和Chl-10显著相关的位点，其中，有12、11和12个为新位点，5个位点与2个以上性状有关。166份小麦品种含有NDVI-S、NDVI-10和Chl-10优异等位基因数变幅分别为4-11、3-11和4-12，且随着优异等位基因数目增加其对应表型值呈递增趋势。NDVI-S与千粒重、粒长和粒宽显著正相关（P<0.01）;Chl-10与产量和旗叶宽显著正相关（P<0.01），与单位面积穗数、株高和穗下节长显著负相关（P<0.01）。检测到7个同时与产量和冠层活性相关的多效性位点。【结论】NDVI-S可用于品种产量性状的选择，检测到的稳定位点和多效性位点可在开发标记后用于育种材料的检测。

【目的】长链非编码RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）是一类无蛋白质编码能力，但参与许多重要生命活动调控过程的长度大于200 nt的RNA。通过对亚洲棉无短纤维突变体（GA0149）和野生型（GA0146）纤维发育早期的转录组数据进行分析，挖掘调控短纤维发育的lncRNA，并明确其调控网络，为进一步解析棉花纤维发育机制奠定基础。【方法】选择GA0146和GA0149 2个材料在开花后当天（0 DPA）及花后3 d（3 DPA）、5 d（5 DPA）和8 d（8 DPA）的胚珠和纤维为材料进行转录组测序。鉴定lncRNA并预测其调控的靶基因；通过mRNA和lncRNA的差异表达分析，比较2个材料在不同纤维发育时期的差异。进一步利用KOBAS软件预测对差异lncRNA的靶基因进行富集分析并预测其参与的生物过程；最后通过实时荧光定量（RT-qPCR）技术对25个差异表达的lncRNA转录组数据进行验证。【结果】共鉴定获得15 339个lncRNA，其中11 595个lncRNA位于基因间区，包括2 428个反义lncRNA、350个内含子lncRNA及966个正义lncRNA。共有1 932个差异表达lncRNA（DE-lncRNA），它们所对应的8 134个靶基因中，有788个为差异表达基因（DE-mRNA）。KEGG代谢通路富集分析表明，DE-mRNA主要参与植物激素信号转导（plant hormone signal transduction）和内质网中蛋白质加工过程（protein processing in endoplasmic reticulum）。共表达调控网络分析显示，表达量差异比较显著的lncRNA（MSTRG.454250.3）和其所调控的靶基因表达趋势一致，仅在野生型（GA0146）短纤维发育早期胚珠中特异表达；而lncRNA（MSTRG.454261.4）与其调控的靶基因表达趋势相反，在突变体（GA0149）中的表达量显著高于野生型。RT-qPCR结果证实了转录组数据的真实性。【结论】鉴定了26个与亚洲棉短纤维发育相关的lncRNA，其通过调控植物激素信号转导途径相关的吲哚乙酸合成酶基因（Ga03G2421）和生长素响应蛋白基因（Ga05G1344）的表达而影响短纤维的发育。

【背景】近年来随着遥感技术的快速发展，实时无损监测作物生长状况已成为当前研究热点，遥感获取的农情信息将为实现大面积作物精确管理提供指导。在众多遥感监测平台里，无人机因其操作简单、使用成本低等特点而受到广泛关注，无人机搭载多光谱相机可以快速获取作物的长势信息。【目的】尝试将固定翼无人机多光谱影像纹理信息与光谱信息结合，探究“图谱”信息对水稻长势指标的监测效果。【方法】通过开展两年涉及不同播期、品种、播栽方式、施氮水平的水稻田间试验，在水稻关键生育期使用固定翼无人机搭载Sequoia多光谱相机获取水稻冠层遥感影像，同步进行地上部破坏性取样以获取水稻叶面积指数（LAI）、地上部生物量（AGB）和植株氮含量（PNC）等农学指标，采用简单线性回归、偏最小二乘回归和人工神经网络回归算法，构建基于固定翼无人机多光谱影像的水稻长势指标监测模型，比较分析光谱纹理信息在不同模型中的监测效果。【结果】利用简单线性回归方法探究了植被指数（VI）、单波段纹理特征与水稻LAI、AGB和PNC间的定量关系，结果表明植被指数与LAI和AGB之间有较强的相关性，表现最好的植被指数为CIRE和NDRE，R ²分别为0.80和0.76，但对于PNC的监测，植被指数并未达到理想的效果，表现最好的RESAVI和NDRE与PNC的决定系数仅为0.13。通过简单线性回归进一步发现单波段的纹理特征在对水稻生长指标的监测中表现并不理想；为进一步分析影像纹理对上述3个指标的监测效果，参照植被指数的构建方法构建了归一化纹理指数（NDTI）、比值纹理指数（RTI）和差值纹理指数（DTI），通过相关性分析发现新构建的纹理指数（TI）相较于单波段纹理特征对水稻生长指标的监测精度有所提升，但效果并未好于植被指数。为实现光谱与纹理间的结合，采用偏最小二乘和人工神经网络的建模方法，以VI、VI+TI为不同的输入参数组合进行水稻LAI、AGB和PNC的监测模型构建，结果表明采用偏最小二乘和人工神经网络的建模方法与简单线性回归相比模型的监测精度均得到了大幅提升，以VI+TI为输入变量，采用人工神经网络构建的模型在模型验证中取得了最佳效果，LAI模型的验证R ²由0.75提升至0.86，AGB和PNC的模型验证R ²也分别由0.72和0.26提升至0.92和0.86，同时模型的RMSE均显著降低。【结论】利用固定翼无人机采集水稻冠层多光谱影像，通过人工神经网络算法融合光谱和纹理信息能够有效提升水稻LAI、AGB和PNC的监测精度，该研究结果将为快速大面积作物长势监测提供理论依据。

【目的】籼粳亚种间杂交F₁的育性问题严重阻碍了亚种间杂种优势的利用，探究籼粳杂种不育的遗传机理，挖掘新的籼粳杂种不育调控基因，为促进籼粳杂种结实率遗传改良提供理论依据。【方法】粳稻品种Sasanishiki和籼稻品种Habataki杂交后，采用单粒传法自交10代，获得包含95个株系的稳定遗传重组自交系（RIL），基于Illumina平台，对双亲和RIL进行高通量测序，在全基因组水平分析RIL中Habataki血缘的分布与比例，进而鉴定偏分离区域作为潜在的籼粳杂种不育位点。同时，剖析“全球3000份水稻核心种质资源重测序计划”中典型籼粳稻基因组变异数据，对群体水平进一步验证并趋近目标育性基因区域。最终通过序列比对锁定籼粳杂种不育候选基因。应用CRISPR基因编辑技术进行定点基因敲除，对目标基因进行功能验证。【结果】Habataki和Sasanishiki的杂交F₁在穗数、每穗粒数和千粒重上体现出明显的杂种优势，但其结实率显著降低，I₂-KI镜检发现F₁花粉育性显著降低。RIL的全基因组高通量测序在第1、3、5、6、7和12染色体上检测到明显的偏分离，即该区域的基因型趋向于籼稻Habataki。通过序列比对，进一步确定已知育性基因Sc、S5和HSA1为第3、6和12染色体上偏分离区域的目标基因。应用CRISPR基因编辑技术敲除Habataki中Sc-Haba-3的多拷贝，成功改善了其与Sasanishiki杂交F₁的花粉育性和结实率，说明该基因可独立行使功能。同时，在第1染色体的偏分离区域发现Habataki和Sasanishiki之间存在复杂的结构性变异，Sasanishiki基因组中一段24.7 kb包含4个预测基因的片段在Habataki中被一段64.8 kb包含10个预测基因的片段取代，此结构性变异可能参与籼粳杂种育性的调控。【结论】检测到多个籼粳杂种不育相关位点，应用CRISPR基因编辑技术敲除Habataki中Sc的多拷贝成功改善其杂种F₁育性，确定其为水稻亚种间育性改良的目标基因。同时锁定了第1染色体Sd区域的目标基因。

近年来，我国食用植物油自给率不到31%，进口依赖度高。油菜是唯一的冬季油料作物，适宜种植区域广泛，是我国重要的食用植物油来源。扩种油菜是保障国家食用油安全的重要举措。充分利用南方双季稻区冬闲田，推广“稻-稻-油”三熟制生产模式是扩种油菜的重要途径。适宜“稻-稻-油”生产模式的区域主要分布在我国湖南、江西、广西和湖北等省的双季稻区，约有187万hm²的潜力面积。根据温光资源条件，3个适宜区域即温光资源宽松区、温光资源紧平衡区和温光资源约束区均要求油菜品种生育期在180 d左右，10月中下旬播种，4月中下旬收获，才能适宜南方双季稻接茬。从2013年到2022年国家油菜品种试验情况来看，共有75个油菜新品种参加早熟组试验，平均生育期为169.3—185.3 d，平均单产1 635.90—2 228.55 kg·hm^-2，其中，有22个品种增产显著。截至2023年5月底，登记生育期在190 d以内，适宜在“稻-稻-油”模式区域种植的短生育期冬油菜品种共有72个，均为甘蓝型双低油菜品种，以杂交品种为主。在品种推广应用上，经相关省份调查，阳光131、丰油730、沣油320、沣油847、赣油杂906、圣光127、湘油420、景油69、沣油112、华油杂652、赣油杂1009等11个品种在“稻-稻-油”生产区有较大的推广应用面积，在2022年的推广面积均为135 hm²以上。现有品种的生育期能够基本满足温光资源宽松区的要求，但在温光资源紧平衡区和约束区生育期仍然偏长。聚焦油菜扩种增产增效，未来还需要强化政策资金保障，组织开展短生育期冬油菜品种培育联合攻关，提高温光资源宽松区品种的产量，缩短温光资源紧平衡区和约束区品种的生育期。同时，还需加强短生育期油菜品种良种良法配套技术的研究与推广，做好早稻、晚稻和油菜品种的搭配，从完善农业社会化服务、扩展油菜种植农业保险、增加油菜种植资金补贴等方面入手，保障农民收益，提高农民“稻-稻-油”模式生产积极性。

【目的】研究水杨酸（SA）引发对低温下水稻种子萌发活力的影响及生理响应，揭示SA引发对脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）代谢途径相关基因以及细胞壁松弛基因的诱导模式，为水稻种子低温萌发研究提供理论依据。【方法】以籼型三系杂交水稻泰丰优208种子为材料，通过种子引发处理，分析SA对种子低温萌发活力及生理的影响，并通过qRT-PCR技术分析ABA、GA和扩展蛋白基因响应SA引发的表达模式。【结果】低温（15 ℃）显著推迟水稻种子萌发进程。在低温下萌发1 d种子中，其内源SA浓度是常温（28 ℃）下的1.7倍；但对于5 d的幼苗而言，低温下的SA浓度仅为常温下浓度的0.6%。SA引发可有效提高种子在低温下的萌发活力，尤其以2 000 μmol·L^-1 SA效果最为显著，该浓度显著提高了低温下种子的发芽指数、活力指数、芽长、根长、鲜重和干重，其中活力指数分别为未引发种子（CK1）和水引发种子（CK2）的3和2倍。在生理指标方面，SA引发提高了低温萌发过程中种子的可溶性糖、脯氨酸以及活性氧含量，增加了总淀粉酶、β-淀粉酶、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性，降低了丙二醛（MDA）含量。与CK1相比，2 000 μmol·L^-1 SA引发将种子ABA含量降低了79%，同时将IAA和GA₁含量增加了32.2%和2.66倍。在基因表达方面，对于2 000 μmol·L^-1 SA引发的种子，ABA合成基因OsNCED2和OsNCED3的表达量分别比CK1降低了94.26%和90.24%；而ABA分解基因OsABA8’ox2和OsABA8’ox3的表达量分别为CK1的5.9和3.9倍。与CK1相比，SA引发显著上调了GA合成基因OsCPS1、OsKAO和OsGA20ox1的表达量，并显著下调GA分解基因OsGA2ox2和OsGA2ox6的表达量。在几个候选的细胞壁松弛因子扩展蛋白基因中，除了OsEXPB11外，其余几个同源基因均在一定程度上被引发而上调表达。与CK1相比，2 000 μmol·L^-1 SA引发分别使OsEXPA2、OsEXPB4和OsEXPB6的表达量上调12.2、5.9和6.1倍。【结论】SA引发可显著缓解低温对于水稻种子萌发和幼苗生长的影响。可能是由于SA提高SOD、CAT等抗氧化酶活性，降低MDA的产生，增加可溶性糖和脯氨酸的含量，进而增强种子和幼苗对于低温的耐受能力。另一方面，SA引发通过降低种子内源ABA含量，增加GA₁含量，增强总淀粉酶和β-淀粉酶活性，促进细胞壁松弛相关基因的表达，从而促进低温下的种子萌发和幼苗生长。

【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】 AGL16是棉花MADS-box基因家族中一个重要的转录负调控因子，在抵御干旱和盐胁迫过程中发挥着重要作用。利用病毒介导的基因编辑技术（virus-induced gene editing，VIGE）筛选靶向敲除棉花GhAGL16的sgRNAs，并验证这些sgRNAs的特异性，为定向创制棉花agl16突变体奠定重要基础。【方法】 根据在棉花YZ-1中A亚组和D亚组上实际克隆GhAGL16的基因组序列，预测了3个能靶向敲除GhAGL16的sgRNAs；基于棉花叶皱缩病毒（cotton leaf crumple virus，CLCrV）介导的VIGE系统，构建3个CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNAs表达载体；利用qPCR检测Cas9超表达（Cas9 over-expression，Cas9-OE）植株中Cas9的表达量，确定Cas9是否稳定遗传表达；将3个CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNAs表达载体分别转化Cas9-OE棉花子叶，并通过PCR/RE方法检测3个靶点的突变情况；利用生物信息学方法分析3个GhAGL16-sgRNAs的二级结构；对突变植株进行Hi-TOM高通量测序，明确基因编辑效率。同时，对转化GhAGL16-sgRNA2的突变植株进行脱靶率鉴定，检测基因编辑的特异性。【结果】 成功构建了3个能同时靶向敲除GhAGL16-A亚组和GhAGL16-D亚组序列的sgRNAs。对不同Cas9-OE植株中Cas9表达量检测结果表明，Cas9在不同Cas9-OE棉株中稳定表达。用3个CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNAs表达载体转化Cas9-OE棉花子叶，PCR/RE突变检测结果表明，GhAGL16-sgRNA2可有效用于GhAGL16的靶向敲除，在棉花A亚组和D亚组靶位点上出现了不同碱基缺失的突变类型，而GhAGL16-sgRNA1和GhAGL16-sgRNA3是2个无效sgRNA。3个GhAGL16-sgRNAs的二级结构分析结果表明，GhAGL16-sgRNA1和GhAGL16-sgRNA3可能存在引导序列容易与其他序列发生配对并且不易解链的现象，干扰了引导序列对目标位点的识别，导致sgRNA无效。进一步量化GhAGL16-sgRNA2对GhAGL16的编辑效率，对每一株转化CLCrV-AtU6-26::GhAGL16-sgRNA2的Cas9-OE植株突变检测结果表明，在转化的9株Cas9-OE植株中有6株发生了突变，突变效率为66.67%。此外，Hi-TOM高通量测序结果表明，GhAGL16-sgRNA2对GhAGL16的编辑效率为13.69%—54.42%。脱靶率鉴定结果表明，预测的4个潜在脱靶位点都没有发现脱靶现象，说明GhAGL16-sgRNA2不仅具有高效的基因编辑效率，而且具有专一的基因编辑特异性。【结论】 利用CLCrV介导的VIGE系统转化Cas9-OE棉花筛选获得1个能高效敲除GhAGL16的sgRNA，为定向创制棉花agl16突变体提供了理想的sgRNA。

Bt毒素是源于苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）的具有特殊杀虫功能的大分子蛋白，其制剂和转基因作物已广泛用于害虫防治，产生了巨大的经济和社会生态效益。围绕Bt毒素挖掘和提升其应用价值是持续研究的热点，特别是随着Bt毒素结构功能和作用机制日趋明晰，为其功能修饰和创新应用创造了条件，相关研究蓬勃发展，成效显著。大量研究表明，采用定点突变、结构域替换或融合以及抗独特型抗体模拟等策略，是理性设计活性更高、稳定性更强、杀虫谱更广、非靶标生物安全性更高甚至是可用于害虫抗药性治理的有别于母体Bt毒素的突变体、结构杂合体乃至功能效应物抗体等新型杀虫蛋白的有效手段；此外，采用催化毒素活化、驱动毒素靶向受体结合、促进毒素表达以及同源或异源杀虫材料复配或共表达的协同促效等创新增效策略，也是助推Bt毒素应用价值的重要手段。本文总结了Bt毒素结构功能和作用机制，梳理了基于Bt毒素功能修饰的突变体、结构杂合体以及功能效应物抗体等新型杀虫蛋白理性设计和基于Bt毒素功能增效的创新应用策略等相关研究进展，并结合作者团队在模拟Bt毒素杀虫功能效应物抗体靶向设计研发方面的最新成果，探讨了基于Bt毒素的杀虫蛋白理性设计与创新应用策略未来发展动向及潜在可行捷径，为相关研究提供较为全面的最新有价值的文献资料和启发思路。

【目的】采用双螺杆挤压工艺，以杏鲍菇粉和米粉为原料生产杏鲍菇挤压米产品，并分析产品的预测血糖指数，为开发营养全面、血糖生成指数低的食用菌挤压米产品提供技术支持。【方法】测定20%、40%、60%杏鲍菇粉添加量的挤压米蛋白质、粗纤维、氨基酸、脂肪等基本成分的含量;通过RVA快速粘度分析仪、旋转流变仪对不同杏鲍菇粉添加量的混合粉糊化特性、流变特性进行分析;通过扫描电镜、色度计、质构分析仪并结合体外消化和感官评价对不同添加量的杏鲍菇挤压米的内部结构、颜色、质构特性、淀粉水解率、预测血糖指数（pGI）、感官评分进行分析。【结果】与空白挤压米相比，杏鲍菇粉的添加使杏鲍菇挤压米的蛋白质、粗纤维、氨基酸含量显著增加，20%、40%、60%杏鲍菇粉添加使蛋白质含量分别增加了71.84%、70.19%、96.70%，粗纤维含量分别增加了14.22%、28.88%、49.81%，总氨基酸含量分别增加了40.98%、58.96%、66.03%。随着杏鲍菇粉添加量的增加，混合粉体系的糊化特性和流变特性均呈降低趋势，峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值、回生值逐渐减小，储能模量（G′）和损耗模量（G″）逐渐降低，典型弱凝胶，弹性占比大，其中20%的杏鲍菇粉添加量最接近米粉的粉质参数。通过扫描电镜发现，与空白挤压米相比，杏鲍菇挤压米横截面孔隙随着杏鲍菇粉添加量的增加而增多，结构紧密程度降低，其中20%的杏鲍菇挤压米结构紧密，裂痕少。杏鲍菇挤压米L^*、b^*值显著减小，a^*先增加后减小;蒸煮过后的吸水率、蒸煮损失率随着杏鲍菇粉添加量的增加而增加，膨胀率影响不显著，20%杏鲍菇挤压米的蒸煮特性在添加组中最好。挤压米饭的硬度、弹性、胶着度、咀嚼性随杏鲍菇粉添加量的增加而增加，粘聚性、回复性先减小后增加;淀粉的消化率、快速消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）、预测血糖指数（pGI）也随着杏鲍菇粉添加量的增加而增加，但均低于普通大米和空白挤压米;而抗性淀粉（RS）的含量均大于其他两组，且随杏鲍菇粉添加量的增加而增加，20%杏鲍菇挤压米预测血糖指数（pGI）值最低（60.18），相较于普通大米降低了20.60，而且其抗性淀粉（RS）含量最高;感官评价结果显示，杏鲍菇挤压米饭外观结构、适口性、滋味、冷饭质地及综合评分随着杏鲍菇粉添加量的增加而降低，气味评分则是先减小后增加，从得分来看，20%的杏鲍菇挤压米是66.75分，最容易被消费者所接受。【结论】20%的杏鲍菇挤压米营养丰富，质构指标适中，预测血糖指数（pGI）60.18，为中血糖生成指数（GI）食品，口感味道良好。添加杏鲍菇粉使挤压米的营养价值显著提高，具有较好的食用品质。

【目的】当前四倍体棉花的主栽品种是陆地棉与海岛棉，陆地棉产量高且适应性好，海岛棉纤维品质优异但产量一般。EXO70是胞外分泌体（exocyst complex）中的关键亚基，在植物生长发育、胁迫响应等方面发挥重要作用。通过全基因组水平鉴定和分析陆地棉与海岛棉EXO70基因家族成员，并研究其在纤维发育、环境适应等方面的功能，有助于揭示陆地棉与海岛棉种间性状差异形成的分子基础。【方法】从拟南芥数据库（TAIR）获取EXO70家族蛋白序列作为参考序列，采用HMMER、ExPASy、MEME、TBtools等分析工具对陆地棉TM-1和海岛棉Hai7124基因组中EXO70家族成员进行鉴定与分析，系统比较该家族在基因表达模式、重要农艺性状的相关性、逆境响应等方面的异同点。【结果】通过对陆地棉和海岛棉的基因组水平分析，均鉴定出54个EXO70家族成员，根据系统进化发育可将其分为8个分支。陆地棉和海岛棉同源基因可一一对应，分布在陆地棉与海岛棉的20条染色体上，绝大多数成员为单外显子，但是两者间有12对同源基因在阅读框序列上存在较大差异。陆地棉与海岛棉大部分同源基因表达模式类似，但在同一纤维发育时期表达量存在差异，如分支A中的GH_A04G1208与同源基因GB_A04G1253。重要农艺性状关联分析中发现，海岛棉有16个EXO70基因与纤维品质性状显著相关，多于陆地棉；陆地棉有13个基因与产量性状衣分显著相关，多于海岛棉。发现部分性状关联的差异可能由海陆种间的基因结构差异造成，如GH_A11G3714和GB_A11G3791。在不同逆境胁迫下，陆地棉中有25个基因受诱导，显著多于海岛棉中10个受诱导基因。【结论】在棉花四倍体形成、分化与驯化过程中，陆地棉与海岛棉EXO70家族基因序列结构相对保守，基因表达模式也保持较高的一致性。海岛棉有更多的EXO70基因与纤维品质性状相关，陆地棉有更多的基因与产量性状相关且对环境逆境更为敏感。