【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。

【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。

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。

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】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。

【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。

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】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】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。

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。

【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】 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】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】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】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】 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。

【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。

【目的】盐胁迫是制约水稻生产的主要环境胁迫之一，研究耐盐水稻品种响应盐胁迫的生理特征，分析耐盐基因等位变异及表达，为耐盐水稻品种选育提供重要的基因资源和遗传材料。【方法】首先对南粳系列优质水稻品种（系）的苗期耐盐性进行鉴定，以盐处理条件下的存活率作为指标，筛选耐盐性强的品种。分析其在盐胁迫下的生理指标变化，包括叶绿素、Na⁺、K⁺、MDA、H₂O₂、可溶性糖等含量。通过基因组测序解析强耐盐性品种中耐盐基因的变异类型，以及通过检测耐盐基因的表达水平，解析强耐盐品种响应盐胁迫的分子机制。【结果】在140 mmol·L^-1 NaCl处理6 d条件下，南粳9108、南粳5718、南粳盐1号的存活率大于60%，在供试品种中的存活率最高；与对照品种日本晴相比，盐胁迫下，南粳9108、南粳5718、南粳盐1号幼苗含有较高的叶绿素含量、较低的MDA含量，表明盐胁迫对这3个品种造成的细胞损伤较低；南粳9108、南粳5718和南粳盐1号的根系Na⁺/K⁺明显高于日本晴，而地上部Na⁺/K⁺明显低于日本晴，表明这3个耐盐品种根系吸收或者储存的Na⁺较多，但向上运输的Na⁺少，有利于维持细胞离子平衡，对地上部造成的离子毒害和渗透胁迫影响较小；这3个耐盐品种有23个耐盐基因存在94个SNP或InDel位点，分布于外显子、内含子、5′UTR和3′UTR，11个基因的24个变异位点发生在外显子上，其中，有7个基因发生移码突变或错义突变，分布于Os02g0813500（OsGR2）、Os05g0343400（OsWRKY53）、Os06g0685700（OsRST1）、Os07g0685700（OsEIL2）、Os10g0431000（OsPQT3）、Os11g0446000（OsRSS3）、Os12g0150200（P450）；盐胁迫显著诱导耐盐品种中耐盐基因OsSKC1、OsBAG4、OsGPX1、OsCCX2、OsGR3、OsDREB2a、OsRAB21、OsP5CS、OsbZIP23、OsAPX37、OsLEA3等的表达，可增强水稻对盐胁迫的耐受性，减少盐害对水稻生长的不利影响。【结论】南粳9108、南粳5718和南粳盐1号3个品种具有较强的苗期耐盐性，这与盐胁迫下的钠钾离子平衡、多个耐盐基因的等位变异、基因表达水平等密切相关。南粳9108、南粳5718和南粳盐1号聚合了多个耐盐优质基因，可作为耐盐品种选育的骨干亲本进行遗传改良和育种应用研究。

【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】探究RothC在东北地区旱地和稻田土壤有机碳储量动态变化的适用性及不同模型校准方法对于模型模拟性能的影响。【方法】选取了一个典型的旱地和一个典型的稻田长期试验点，旱地试验来自中国科学院海伦农业生态试验站（2004—2015年），稻田试验来自八五〇农场的试验数据（2010—2017年）。每个试验点选取两个试验处理分别为仅施无机肥（NPK）和施无机肥+秸秆还田（NPKS）,用于模型模拟验证与性能评价。针对稻田土壤除采用RothC外，还选取了两个修正版本RothC_p和RothC_0.6用于适用性评价，选用3种不同模型校准方法分别为平衡法（M1）、参数优化法（M2）、传递函数法（M3），分析不同模型校准方法对于模型模拟性能的影响。选用归一化均方根误差（nRMSE）、平均差（MD）、一致性指数（d）作为模型评价指标。【结果】海伦站的有机碳输入量表现出明显的波动趋势，NPK、NPKS处理的年均碳投入量分别为1.71、3.52 t·hm^-2，八五〇农场的有机碳投入较为稳定，NPK、NPKS处理年均有机碳输入量分别为1.89、5.90 t·hm^-2。海伦站的模拟验证结果显示，采用不同模型校准方法进行模拟时其nRMSE均小于5%，d在0.60—0.74，说明不同模型校准方法下的模型性能均表现为优秀，RothC能够准确的模拟出旱地NPK、NPKS处理的SOC储量变化趋势。当采用M2方法时NPK、NPKS处理的nRMSE最小，分别为3.46%、3.09%。八五〇农场的模拟验证结果显示，RothC和RothC_p的MD范围为-1.47—-13.41，nRMSE范围为2.90%—26.48%，d值均小于0.1，说明这两个模型大幅度高估了SOC储量的增加，RothC和RothC_p不能够模拟出稻田SOC储量的变化趋势。RothC_0.6在NPK处理下，其MD范围为-0.08—0.44，nRMSE的范围为0.24%—0.85%，d值范围为0.31—0.76；而在NPKS处理下，MD范围为-5.71—-6.22，nRMSE范围为11.21%—12.12%，d值范围为0.12—0.13，说明RothC_0.6能够模拟出NPK处理下SOC储量的动态变化，但大幅高估了NPKS处理的SOC储量的变化。【结论】RothC和RothC_0.6分别适用于东北地区旱地和稻田秸秆不还田情况下SOC储量动态变化的研究，能够准确模拟出SOC储量的变化趋势；不同模型校准方法对于模型模拟性能有影响但均在可接受范围，而传递函数法（M3）计算过程简单、节省模型运行时间，且模型模拟性能较佳，因此本研究推荐优先使用传递函数法（M3）用于模型校准。

全球人口的持续增长和气候变化给粮食供给带来了严峻挑战，粮食安全问题因此愈发突出。为了满足不断增长的人口对粮食的需求，提升作物产量并增强其对环境的适应性已成为农业领域的重要目标。在此背景下，基因组学被视为加速作物育种进程的重要手段。通过深入挖掘和利用作物优异功能基因信息，不仅能有效提高作物产量，还能增强其抗逆性和适应性，为保障全球粮食安全和实现农业可持续发展提供有力支撑。然而，传统的单一参考基因组往往无法全面反映作物在驯化和改良过程中所累积的所有基因组变异，导致研究者对功能基因及其调控网络的认识存在局限。随着高通量测序技术的不断发展，基因组学研究开始迈入泛基因组学时代。通过整合多个高质量基因组，构建涵盖物种基因序列全集的泛基因组，能精准地鉴定包括单核苷酸多态性（SNPs）及结构变异（SVs）在内的多种遗传变异，全面地捕获物种在不同品种、亚种及野生亲缘种中广泛存在的遗传多样性，为系统挖掘优异功能基因提供更完善的分析框架。通过结合多组学数据（如转录组、蛋白质组、表观组等），泛基因组研究能在更精细的水平上挖掘优异功能基因，进而为分子育种提供更具针对性和准确性的基因靶标。同时，借助CRISPR-Cas9等基因编辑技术，可进一步对重要基因位点进行定向改造，剔除影响作物生长的不利性状或强化其对环境胁迫的抗性，从而为培育兼具高产、优质和抗逆特性的新一代作物品种奠定坚实基础。本文阐述了目前泛基因组的主要构建方法及展现形式的研究进展，并系统地梳理了作物泛基因组的发展及其在育种改良中的应用，深入探讨了泛基因组在未来作物育种中面临的挑战，对如何更好地应用泛基因组进行作物遗传改良进行了讨论，为未来精准分子育种改良提供了新的思路和策略。

【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】柑橘黄化脉明病毒（citrus yellow vein clearing virus，CYVCV）是一种严重危害柑橘产业的新发病毒，目前尚无有效的治疗药剂，主要通过使用无病毒苗木和严格防控传播虫媒进行防控。本研究旨在探索基于病毒介导的基因沉默（virus-induced gene silencing，VIGS）的CYVCV防控技术，以期获得抗病毒“疫苗”，为柑橘病毒病防控提供新思路。【方法】基于实验室前期构建的VIGS载体pCLBV201，针对CYVCV基因组ORF1（open reading frame 1）、ORF6、CP（coat protein）和TGB（triple gene block）的保守区域设计、构建一系列重组载体，通过农杆菌介导的真空浸润接种尤力克柠檬并进行RT-PCR检测。获得pCLBV201-ORF1、pCLBV201-ORF6、pCLBV201-CP、pCLBV201-TGB阳性植株后，通过农杆菌介导的注射法接种CYVCV侵染性克隆，并以pCLBV201空载接种植株为对照，开展RT-qPCR、Western blot检测、症状观察和病情指数统计，从而明确不同VIGS重组载体对CYVCV的防控效果。【结果】构建了系列pCLBV201重组载体，接种后的RT-PCR检测结果表明，分别获得pCLBV201-ORF1、pCLBV201-ORF6、pCLBV201-CP、pCLBV201-TGB阳性植株多株；注射接种CYVCV侵染性克隆，7、14、28、70和150 dpi（days post infection）的RT-qPCR检测结果显示，pCLBV201-CP和pCLBV201-TGB处理组的CYVCV相对表达量均较对照显著降低；70和150 dpi Western blot检测结果表明，pCLBV201-CP和pCLBV201-TGB处理组的CP蛋白表达量显著下降；症状观察显示，对照组表现为严重的脉明、叶片扭曲等CYVCV侵染典型症状，pCLBV201-CP处理组植株的症状轻微，pCLBV201-TGB处理组植株不表现明显症状；70和150 dpi病情指数统计显示，pCLBV201-CP和pCLBV201-TGB的病情指数最低，分别为17.6、41.2和15.6、29.1，而对照组为52.1、80.0，差异明显。【结论】研发了基于VIGS的CYVCV防控技术，明确了pCLBV201-CP、pCLBV201-TGB能够显著降低病毒滴度、减轻病毒引起症状，有用作CYVCV防控“疫苗”的潜力。

【背景】棉花是全球最主要的农作物之一，生物工程技术应用极大地提高了分子育种的效率，但棉花遗传转化目前存在受基因型限制、时间长和转化方法单一等问题。【目的】建立由发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）介导的高效棉花遗传转化体系，丰富棉花遗传育种方法。【方法】以常用的棉花受体WC和R18为主要试验材料，利用mRUBY作为报告基因，通过诱导生根的激素组合和浓度的筛选优化、不同外植体和不同基因型棉花生根体系差异分析来对发根农杆菌介导的生根过程进行优化，在此基础上建立稳定的遗传转化体系，并将该体系应用于基因编辑。【结果】在生根培养基（RIM）中添加萘乙酸（naphthaleneacetic acid，NAA）和洛伐他汀（lovastatin）比单独添加NAA，或添加NAA+吲哚-3-丁酸（indole-3-butyric acid，IBA）、NAA+Lovastatin+IBA更易生根，进一步筛选出最适合诱导出毛状根的萘乙酸和洛伐他汀浓度均为2 mg·L^-1。子叶是最易诱导生根的外植体，WC子叶、子叶节和下胚轴单位材料的生根效率分别为398%、72%和39%，且子叶诱导生根时间最短（7 d），比子叶节至少短3 d，比下胚轴至少短8 d；R18最适合诱导生根的外植体也是子叶，但生根数量存在差异。基因型比较表明WC、R18、农大棉8号（NDM8）、新陆早61号（XLZ61）、Gb-1和Gb-2每片子叶在侵染后20 d的生根效率分别为398%、116%、199%、103%、57%和0，陆地棉的生根效率均在100%以上，海岛棉在100%以下，其中Gb-2在侵染后35 d才开始生根，陆地棉中常用的受体品种又表现出生根效率略高于生产品种的趋势。遗传转化的阳性率与生根率之间存在一定的差异，侵染后20 d NDM8、XLZ61、Gb-1和Gb-2的转化阳性率依次为59.8%、16.0%、38.5%和0。此外，以获得的阳性根作为后续试验的外植体，进行非胚性愈伤和胚性愈伤诱导，获得了转mRUBY植株，建立了完整的遗传转化体系，且发现植株颜色深浅和mRUBY表达量成正相关；同时获得了GhGI被编辑的棉花植株。【结论】优化了发根农杆菌介导的棉花生根过程，并建立了棉花遗传转化体系，同时成功将该体系应用于基因编辑，获得了转mRUBY和转GhGI的棉花植株。

【目的】苹果轮纹病是由葡萄座腔菌（Botryosphaeria dothidea）侵染引起的苹果生产中危害严重的真菌病害之一。本文旨在获得携带dsRNA病毒的苹果轮纹病菌弱毒菌株，并明确dsRNA病毒的种类及各病毒在我国苹果产区宿主中的携带情况，为防治苹果轮纹病提供新的生防资源，并为真菌病毒的多样性以及系统进化提供新的认识。【方法】从全国采集有典型苹果轮纹病症状的枝条样本，采用组织分离和单孢分离法获得纯培养；通过dsRNA条带分析获得带毒菌株，并采用高通量测序及分子克隆技术对带毒菌株WH-2L携带的dsRNA病毒种类进行鉴定。通过RT-PCR检测明确我国6个省（自治区）苹果轮纹病菌携带两种dsRNA病毒的情况。通过致病力测定明确携带不同种病毒代表性菌株的致病差异，最后通过垂直传播和水平传播特性分析，揭示两种病毒的传播特性。【结果】在我国苹果产区葡萄座腔菌中首次发现由产黄青霉病毒科产黄青霉病毒属的Botryosphaeria dothidea chrysovirus 1（BdCV1）和全病毒科维多利亚病毒属的Botryosphaeria dothidea victorivirus 2（BdVV2）两种病毒复合侵染的苹果轮纹病菌菌株。BdCV1与BdVV2在我国苹果轮纹病菌中分布较为广泛，BdCV1在辽宁、山东、河南、河北、陕西、新疆苹果轮纹病菌中均有携带，在陕西延安、河北石家庄未检出，平均检出率为53.6%；BdVV2在辽宁、山东、河南、河北、陕西苹果轮纹病菌中均有携带，在陕西延安、河北石家庄和邯郸、新疆阿克苏、山东泰安和青岛未检出，平均检出率为28.6%。BdCV1+BdVV2复合侵染和BdCV1单侵染菌株在离体枝条、离体苹果和梨的果实上致病力均显著降低。BdCV1和BdVV2垂直传播效率均为100%，水平传播效率分别为9%和3%。【结论】苹果轮纹病菌弱致病力菌株WH-2L携带BdCV1与BdVV2两种病毒，BdCV1、BdVV2在我国6省（自治区）苹果产区轮纹病菌中检出率分别为53.6%、28.6%。两种病毒均可引起寄主致病力削弱，具有较高的垂直传播效率和一定的水平传播效率，有开发为苹果轮纹病生防资源的潜力。

【目的】镉（Cd）是我国耕地的主要污染物，而稻米是人体Cd摄入的主要来源。OsNRAMP5是介导Cd进入水稻体内的主要转运蛋白，在水稻特定组织中特异表达OsNRAMP5，探索并构建种子低积累Cd水稻的途径，为应对耕地Cd污染水稻改良的分子设计提供参考。【方法】选取OsLCT1起始密码子上游2 500 bp序列作为启动子，驱动OsNRAMP5在水稻日本晴中表达，并通过在OsNRAMP5的C端融合红色荧光蛋白mRFP以观察OsNRAMP5在转基因水稻中的组织表达情况。获得独立的纯合转基因株系后，首先用qRT-PCR检测OsNRAMP5在水稻中的表达，利用激光共聚焦显微镜观察OsNRAMP5在水稻根和节点处的组织定位；其次，观察和统计野生型和转基因株系在不同浓度Cd处理条件下对Cd的积累和耐受特性的变化；最后，在含Cd污染的农田土壤中种植，统计Cd和其他矿质元素在种子和叶片中的积累及产量性状。【结果】在OsLCT1启动子驱动下，OsNRAMP5主要在水稻根部的表皮、外皮层、中柱，以及节中的扩大维管束韧皮部和扩散维管束中表达，这与水稻OsNRAMP5的原有表达模式显著不同。与野生型相比，在幼苗期，转基因株系表现出根部Cd积累增加，地上部Cd积累减少的表型，而且对Cd胁迫的耐受性增强；在含Cd污染的农田土壤中种植后，转基因株系的株高产量等没有变化，但种子和叶片中Cd的积累显著减少。其中，种子中Cd的积累降低约80%，减少的比例远大于叶片。地上部和种子中Mn的含量也略有减少，但是Fe、Zn、Cu等矿质元素积累变化不显著。【结论】OsLCT1启动子驱动OsNRAMP5在水稻中表达，减少了Cd从根部向地上部转运，同时，在节点部位使Cd更多地分配至叶片，从而进一步降低了种子中Cd的积累。因此，利用OsLCT1启动子驱动OsNRAMP5表达是降低水稻种子Cd积累的有效方式。

【目的】Ca²⁺-CBL-CIPK信号系统在植物响应非生物逆境中具有重要功能。克隆谷子SiCIPK21，并研究其抗逆功能，为谷子抗逆分子育种提供关键候选基因和理论依据。【方法】利用生物信息学分析SiCIPK21启动子区域的顺式作用元件，预测其蛋白与拟南芥AtCBL的互作关系。通过PCR技术克隆SiCIPK21，构建融合表达载体在烟草中瞬时表达，确定亚细胞定位。从谷子品种豫谷1号叶片中特异性扩增SiCIPK21的部分片段，构建重组载体VIGS-pTRV2-SiCIPK21，以谷子八氢番茄红素脱氢酶（SiPDS）为指示基因，选取二叶期的谷子幼苗，通过子叶注射进行侵染，利用病毒诱导的基因沉默（virus-induced gene silencing，VIGS）技术研究盐（250 mmol·L^-1 NaCl）胁迫下SiCIPK21在谷子苗期的作用。在拟南芥中过表达SiCIPK21获得T₃代转基因株系。在不同浓度NaCl（150/175 mmol·L^-1）、甘露醇（300/400 mmol·L^-1）和ABA（0.25/0.5 μmol·L^-1）处理下对萌发期的表型进行分析，同时，对苗期的耐盐和耐旱表型进行分析。【结果】亚细胞定位显示，SiCIPK21位于细胞核。SiCIPK21可能与拟南芥AtCBL2、AtCBL3、AtCBL4、AtCBL9和AtCBL10互作。SiCIPK21启动子区域含有逆境应答元件，暗示SiCIPK21可能参与谷子的逆境应答。VIGS基因沉默试验表明，沉默谷子SiCIPK21植株对盐胁迫的敏感性增加。通过遗传转化获得3个独立的T₃代拟南芥过表达株系（2#、3#和6#）。在不同浓度NaCl（150/175 mmol·L^-1）、甘露醇（300/400 mmol·L^-1）和ABA（0.25/0.5 μmol·L^-1）条件下的萌发率、萌发速度、绿色子叶展开率、根系长度和鲜重均显著高于野生型植株（WT）；在拟南芥苗期，过表达株系的成活率和叶绿素含量显著提高，对盐胁迫和干旱的耐受性增强。【结论】SiCIPK21是植物响应盐和干旱胁迫的正调控因子，SiCIPK21可作为提高谷子抗逆分子育种的候选基因。

【目的】探讨硅对植物铝毒害缓解的生理机制，研究在水稻根边缘细胞和根尖上构筑的纳米硅生物矿化结构对铝胁迫的影响，为南方地区酸性土壤矿化缓解植物铝毒提供理论和实践指导。【方法】以水稻品种日本晴（Oryza.Sativa L.）为试验材料，以水稻的根尖和根边缘细胞为研究对象，在100 μmol·L^-1铝胁迫处理下，以聚乙烯亚胺诱导纳米二氧化硅在根尖和根边缘细胞表面形成生物矿化结构。试验共有不加硅不加铝（-Si-Al）、不加硅加铝（-Si+Al）、加硅不加铝（+Si-Al）和加硅加铝（+Si+Al）4个处理，研究根边缘细胞在铝胁迫下的细胞存活率、活性氧水平以及活性铝定位，以及根尖在铝胁迫下的相对伸长率、活性氧水平、胼胝质含量以及活性铝定位。【结果】在铝胁迫条件下，通过比较聚乙烯亚胺诱导纳米硅在水稻根边缘细胞细胞壁上沉积与未诱导纳米硅矿化沉积，台盼蓝染色显示根边缘细胞较好的活性状态，其细胞的存活率提高21.04%，活性氧水平降低87.65%，活性铝Morin染色后相对荧光值增加77.09%，有效提高细胞存活率，降低活性氧的产生，从而保护了根边缘细胞并减缓细胞程序性死亡；通过比较聚乙烯亚胺诱导纳米硅在水稻根尖沉积与未诱导纳米硅矿化沉积，水稻根尖相对生长率提高26.95%，活性氧水平降低27.73%，胼胝质含量提高了55.29%，活性铝Morin染色后相对荧光值增加55.45%，苏木精染色也显示根尖的分生区和过渡区沉积更多的铝，这表明铝胁迫下在水稻根尖诱导纳米硅矿化沉积后，能吸附更多铝离子沉积在根尖的表面，阻止铝离子进入根尖内保护植物根尖，进而缓解铝对根尖的毒害作用。【结论】聚乙烯亚胺诱导纳米硅在细胞壁上的沉积赋予水稻根边缘细胞和根尖耐铝性，并减少水稻铝积累，进而保障了食品安全和人类健康。

【目的】氮肥的大量应用造成了生态环境的污染和农业资源的浪费。培育氮高效小麦新品种，提高小麦的氮素利用效率，是实现农业可持续发展和保护环境的有效途径。筛选耐低氮种质资源，挖掘耐低氮性相关遗传位点及候选基因，为氮高效小麦新品种的培育提供材料和奠定理论基础。【方法】以389份小麦品种组成的自然群体为材料，分别在高氮（HN）和低氮（LN）处理下的10个田间环境中测定小麦单株籽粒产量（GYP）。然后，基于GYP计算各品种的耐低氮指数（stress tolerance index，STI），并筛选出具有不同耐低氮性的小麦品种。结合自然群体660K单核苷酸多态性（SNP）标记芯片的基因型分析数据，对STI进行全基因组关联分析（GWAS），鉴定与小麦田间耐低氮性稳定关联的遗传位点。进一步根据候选基因的单倍型分析、表达分析和功能注释，筛选与小麦耐低氮性相关的候选基因。【结果】共筛选出12份具有强耐低氮性的小麦品种，分别为中洛08-1、冀麦15、京花2号、科红1号、绵阳19、济麦22、镇麦4号、豫麦35、丰抗7号、绵阳11、晋麦31和鲁麦5号。共检测到14个与STI显著关联的位点，其中4个位点（qSTI1A.1、qSTI3B、qSTI6A和qSTI7A.2）的物理区间与前人已报道的小麦耐低氮性或产量相关遗传位点存在重叠，且qSTI3B在3个环境中被重复检测到，是一个调控小麦耐低氮性的重要遗传位点，进而对其候选基因进行了筛选。结果显示，候选基因TraesCS3B02G042400的功能注释为AP2/EREBP（APETALA2/乙烯响应元件结合蛋白）转录因子。携带该基因不同单倍型的小麦品种间STI值呈现显著差异，且其表达水平会随着氮素供应而持续上升。结果表明，TraesCS3B02G042400是一个与小麦耐低氮性相关的关键候选基因。【结论】筛选出12份强耐低氮性的小麦品种。鉴定到一个与小麦耐低氮性稳定关联的重要遗传位点qSTI3B。挖掘到一个小麦耐低氮候选基因TraesCS3B02G042400。

【目的】生育期是衡量大豆生态适应性的重要指标，也是关乎其产量形成的重要性状。研究大豆生育期主效基因E1和E2启动子及其表达模式，为生育期基因功能研究及其分子调控网络的解析提供依据，为大豆品种适应性改良及产量提高奠定基础。【方法】通过启动子顺式元件分析网站PlantCARE分析生育期基因E1和E2的启动子序列，检测其中包含的重要调控元件。克隆E1和E2的启动子，构建GUS表达载体，并进行拟南芥遗传转化，检测转基因植株不同组织器官的GUS活性。在弱光和强光条件下，比较长日照和短日照下E1和E2表达量的差异。在不同生育期组大豆品种中检测E1和E2表达量，分析其表达量与大豆品种生育期的相关性。【结果】E1和E2的启动子序列均包含AE-box、Box4和G-box等多个光反应元件，另外，E1启动子区还包含生长素、脱落酸等响应元件，E2启动子区包含低温、干旱等响应元件及分生组织表达相关元件。转基因拟南芥GUS活性检测发现，E1启动子在植株整个生长期各器官均有较强转录活性，E2启动子在幼苗下胚轴、叶片和根的维管组织中具有较强转录活性。在弱光和强光条件下，E1表达量均表现为长日照高于短日照。在弱光条件下，E2表达量表现为短日照高于长日照；在强光条件下，E2表达量表现为长日照高于短日照。随不同大豆品种生育期的延长，E1表达量呈现逐渐升高趋势，E2表达量无规律性变化。【结论】E1的启动子是一个广泛表达的启动子，该基因的表达量显著受光周期调控，与大豆品种生育期有明显相关性；E2的启动子在各器官维管组织有较强表达，在强光和弱光条件下，该基因受光周期调控模式存在差异，其表达量与大豆生育期无明显相关性。

【目的】低温是导致我国北方冬季设施黄瓜产量和品质下降的重要胁迫因子，低温诱导的胁迫记忆作为植物应对环境变化的可塑性行为在其对逆境的适应中发挥重要作用。探讨低温循环诱导的胁迫记忆调控黄瓜耐冷性机制，为增强设施黄瓜对低温逆境的适应能力提供技术指导。【方法】以‘津优35号’黄瓜幼苗为试材，在人工气候室内进行处理，设未进行低温诱导处理（C0R0）、低温诱导1次（C1R1：光照8 ℃/黑暗8 ℃处理24 h→25 ℃/18 ℃恢复48 h）、循环诱导2次（C2R2：低温和恢复条件同上，循环2次）和3次（C3R3：低温和恢复条件同上，循环3次）4个处理，然后进行低温处理（8 ℃/5 ℃），以常温下C0R0处理作对照。低温胁迫48—72 h后取样测定相关指标。【结果】与C0R0相比，低温下，经低温循环诱导的黄瓜幼苗冷害症状明显减轻，丙二醛（MDA）、电解质渗漏率（EL）、冷害指数（CI）及过氧化氢（H₂O₂）和超氧阴离子（$\mathrm{O}_2^{\bar{.}}$）积累量显著降低，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR）活性与mRNA表达量显著升高，其中，以C2R2的冷害症状最轻。低温胁迫48 h C2R2黄瓜幼苗的CI比C0R0低30.6%，MDA含量、EL及H₂O₂和$\mathrm{O}_2^{\bar{.}}$积累量分别比C0R0低39.4%、29.8%、34.0%和48.0%，SOD、POD、APX和GR活性分别比C0R0高48.3%、185.1%、34.8%和50.4%，其mRNA表达量分别比C0R0高0.94、3.45、1.76和1.17倍。低温循环诱导还可显著上调冷胁迫响应基因CsICE1、CsCBF1、CsCOR47及热激蛋白基因CsHSPs水平，CsHSP26.5和CsHSP17.6C过表达可显著提高低温循环诱导的黄瓜耐冷性。【结论】低温胁迫记忆可提高黄瓜幼苗耐冷性，循环2次效果最好，其主要作用机理是：（1）增强低温下黄瓜幼苗抗氧化系统活性，减少活性氧（ROS）积累，从而减轻低温胁迫造成的氧化伤害；（2）通过上调低温下黄瓜幼苗叶片冷胁迫响应基因表达和功能激活提高黄瓜耐冷性；（3）CsHSPs参与低温循环诱导的胁迫记忆对黄瓜耐冷性的调控。低温循环诱导2次产生的黄瓜胁迫记忆时间介于14—21 d。

【目的】苞叶是影响玉米机械直收籽粒的重要性状之一，挖掘与玉米苞叶性状显著关联的遗传位点及候选基因，可为玉米苞叶性状的遗传改良提供理论依据。【方法】以251份玉米自交系为试验材料，在2个环境下鉴定玉米苞叶数目、长度和包裹度，借助覆盖全基因组32 853个单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNP）标记，利用多位SNP随机效应混合线性模型（multi-locus random-SNP-effect mixed linear model，mrMLM）进行全基因组关联分析，检测与3个苞叶性状显著关联的SNP位点，预测候选基因。【结果】3个苞叶性状在群体中表现出广泛的表型变异，变异系数为10.65%—40.60%；各性状在基因型、环境及基因型与环境互作均呈极显著差异，广义遗传率均大于80%。利用2个环境的表型数据及最佳线性无偏预测值，通过全基因组关联分析，共检测到92个与3个玉米苞叶性状显著关联的SNP位点，其中，与苞叶数目显著关联的SNP位点35个，单个SNP位点可解释1.48%—10.53%的表型变异，与苞叶长度显著关联的SNP位点33个，单个SNP位点可解释1.61%—21.79%的表型变异，与苞叶包裹度显著关联的SNP位点24个，单个SNP位点可解释2.17%—20.86%的表型变异。此外，未鉴定到同时与2个性状显著关联的SNP。92个SNP位点中有5个可同时在2个环境和最佳线性无偏预测值下被检测到，被认为是稳定的SNP位点，与前期研究相比，这5个SNP是新的遗传位点。参考关联群体的连锁不平衡衰减距离，利用5个稳定SNP位点，结合17个玉米自交系苞叶组织的qRT-PCR分析，筛选到3个玉米苞叶性状候选基因Zm00001d003850、Zm00001d033706和Zm00001d025612，分别编码BOI相关E3泛素蛋白连接酶、GeBP转录因子和未知功能蛋白。【结论】检测到92个与3个玉米苞叶性状显著关联的SNP位点，其中5个为稳定位点，预测了3个候选基因可能参与玉米苞叶性状的形态建成。

【背景】由灰葡萄孢（Botrytis cinerea）侵染番茄（Solanum lycopersicum）引起的灰霉病严重威胁番茄生产。植物蔗糖非发酵-1-相关蛋白激酶-1（sucrose non-fermenting-1-related protein kinase 1，SnRK1）参与多种植物对生物胁迫和非生物胁迫响应的调控，然而，番茄SnRK1是否参与对灰霉病抗性未见报道。【目的】以灰葡萄孢侵染番茄过程中上调表达的SlSnRK1.2为研究对象，克隆并分析其调控灰霉病抗性功能，为番茄灰霉病防治提供理论依据和基因资源。【方法】采用实时荧光定量PCR（real-time fluorescence quantitative PCR，qRT-PCR）技术，分析SlSnRK1.2在灰葡萄孢侵染番茄过程中以及在番茄不同组织中的表达模式；利用农杆菌介导的瞬时表达技术分析SlSnRK1.2的亚细胞定位情况；借助烟草脆裂病毒（tobacco rattle virus，TRV）介导的基因沉默技术（virus induced gene silencing，VIGS）构建SlSnRK1.2沉默植株，初步分析SlSnRK1.2在番茄与灰葡萄孢互作过程中的作用；利用农杆菌介导的番茄遗传转化体系创制SlSnRK1.2过表达植株，进一步明确SlSnRK1.2在调控番茄对灰霉病抗性中的作用；利用TRV-VIGS技术构建SlSnRK1.2同源基因NbSnRK1.2的沉默植株，分析NbSnRK1.2在烟草与灰葡萄孢互作中的作用。【结果】以Micro-Tom为材料，利用qRT-PCR技术明确SlSnRK1.2的转录表达显著受到灰葡萄孢侵染诱导；亚细胞定位结果显示SlSnRK1.2定位于细胞质和细胞核；qRT-PCR分析表明，SlSnRK1.2在番茄的根、茎、幼嫩叶片、成熟叶片、花蕾和花中均有表达，在茎部的表达量最高；瞬时沉默SlSnRK1.2减弱番茄对灰霉病的抗性，过表达SlSnRK1.2增强番茄对灰霉病的抗性；在此基础上，瞬时沉默SlSnRK1.2的同源基因NbSnRK1.2减弱烟草对灰霉病的抗性。【结论】SlSnRK1.2正调控番茄对灰霉病的抗性，可作为番茄抗灰霉病分子育种的基因资源。

【目的】碳末端编码肽CEP（C-terminal encoded peptides）为一种能够编码由根系分泌的激素类多肽基因，是调控植物根系生长发育的关键基因。鉴定紫花苜蓿MsCEP基因家族成员，分析其基本特征、不同组织中表达差异，以及对根系生长的作用，为后续解析紫花苜蓿MsCEP基因在根系生长发育中的功能提供分子理论依据。【方法】根据紫花苜蓿新疆大叶基因组信息，以蒺藜苜蓿MtCEP家族蛋白为参考序列，使用TBtools中的本地BLAST及特征结构域筛选鉴定出紫花苜蓿MsCEP基因家族成员。利用生物信息学方法分别分析苜蓿MsCEP的基因基本特征、蛋白基本特征、系统进化关系等。利用转录组数据和实时荧光定量PCR技术分析检测紫花苜蓿MsCEP基因家族成员在不同组织中的表达模式。利用外施试验探究成熟MsCEP肽在根系生长发育中的功能。【结果】在紫花苜蓿新疆大叶基因组中鉴定出35个MsCEP家族成员，分布于18条染色体上，不含有内含子，均具有1个N端信号肽，1个或2个CEP家族保守结构域。MsCEP蛋白氨基酸长度为59—150，分子量为6.7—16.2 kDa，等电点为5.80—10.41，不稳定系数为30.63—89.93，脂肪系数为54.41—134.88，平均疏水指数为-1.110—0.377。亚细胞定位预测显示，MsCEP蛋白主要定位于细胞核、细胞质膜、叶绿体、高尔基体中。系统进化关系分析发现，该家族成员与拟南芥、蒺藜苜蓿的不同成员相互嵌合形成3个分支，其中，最大分支为48个CEP成员。共线性分析发现，紫花苜蓿MsCEP基因与拟南芥和蒺藜苜蓿都存在共线性关系。组织表达分析发现，MsCEP家族成员具有明显的组织特异性，在根中的表达量相对较高，在叶片中的表达量相对较低，甚至不表达，其中有22个在根中的表达量高于其他组织。外施合成的成熟MsCEP2多肽会抑制拟南芥的主根和侧根生长，减少侧根数，降低侧根密度。【结论】在紫花苜蓿新疆大叶中共鉴定出35个MsCEP基因，成员之间具有较高的保守性，MsCEP基因主要在根系中表达，外施合成的成熟MsCEP多肽可调控根系生长，表明MsCEP多肽在紫花苜蓿根系生长发育中发挥重要作用。

【目的】通过串联质谱标签（tandem mass tag，TMT）技术测定飞蝗（Locusta migratoria）感染蝗虫微孢子虫（Paranosema locustae）前后蛋白质组变化，筛选差异表达的免疫和代谢相关蛋白，探索蝗虫微孢子虫的致病机制，为今后更好地利用蝗虫微孢子虫治蝗提供科学依据。【方法】采用实验室孵化获得的健康蝗蝻，接种5 µL 1×10⁶孢子/mL蝗虫微孢子虫。未感染的蝗蝻作为对照组与感染组置于相同条件饲养。取飞蝗血淋巴作为样本，利用TMT技术对感染组和对照组的飞蝗血淋巴进行定量蛋白质组学分析，鉴定差异蛋白。通过Gene Ontology（GO）方法，对差异蛋白的生物过程、分子功能和细胞组成进行分析。通过Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）pathway网站对差异蛋白代谢通路进行注释。【结果】感染组和对照组之间共有128个蛋白的丰度存在显著差异。与对照组相比，66个蛋白在感染组上调，62个蛋白在感染组下调。GO分析结果显示，差异蛋白主要参与代谢过程等，且主要分布于细胞。KEGG分析结果显示，有16种蛋白在5条通路上显著富集。在免疫相关蛋白中，6个谷胱甘肽-S-转移酶（glutathione S-transferase，GST）、1个超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、4个热休克蛋白（heat shock protein，HSP）及2个过氧化物酶（peroxide dismutase，POD）发生了明显含量变化。在代谢相关蛋白中，6个糖代谢相关蛋白、2个氨基酸代谢相关蛋白和1个脂代谢相关蛋白的水平发生改变。【结论】飞蝗感染微孢子虫前后蛋白质组差异显著。筛选出具有不同功能的多个差异表达蛋白，主要分布于细胞。筛选出免疫相关的谷胱甘肽S-转移酶、热休克蛋白、超氧化物歧化酶和过氧化物酶等蛋白显著上调，表明免疫和刺激应答相关蛋白质在蝗虫宿主体内的免疫防御中发挥了重要作用。代谢相关蛋白的显著性提高暗示蝗虫微孢子虫感染促进宿主代谢，为其增殖提供能量。

【目的】筛选不同产地羊肚菌特征挥发性化合物，揭示不同产地羊肚菌风味特征。【方法】在上海、江苏、云南、青海、湖南和湖北6地按当地生产模式栽培六妹羊肚菌，以冻干后的羊肚菌干制品为研究材料，运用顶空固相微萃取结合气相离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）以及全二维气相色谱-飞行时间质谱（comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-tlight mass spectrometry，GC×GC-ToF-MS）法对6个地区羊肚菌的风味成分及含量进行鉴定，开展主成分、聚类和多因素分析，并建立基本的数据库。【结果】GC-IMS共检出183种挥发性化合物，云南地区羊肚菌醇类和杂环类物质较多，且与其他地区相比有显著差异；湖南地区羊肚菌1-辛烯-3-醇含量高于其他地区；江苏地区羊肚菌含有的醛类物质最多。GC×GC-ToF-MS共检出245种挥发性化合物，经过多元统计分析，云南地区和其他5个地区羊肚菌挥发性成分存在差异，这一结果与GC-IMS的结果相互印证。为进一步揭示不同生产地区的特征风味及环境影响因素，对差异性化合物进行气味活性值（odor activity value，OAV）分析且与环境因子进行相关性分析。结果表明3-甲基-1-丁醇、正己醇和1-辛烯-3-醇为各产地共有香味物质，提供果香和蘑菇香气。以云南地区为参比对象，与其他地区的共同差异性挥发性化合物中有12种被鉴定为关键香气化合物（OAV>1）。云南地区羊肚菌的特征风味物质为2,5-二甲基吡嗪（OAV=387.97）、2,3-二甲基吡嗪（OAV=209.65）、2-甲基吡嗪（OAV=13.02）和乙酸甲酯（OAV=3.13），特征香气为烘烤味和果香味，其形成与当地的沙质土壤、较高温度和较大温差有关；湖南地区羊肚菌的特征风味物质为1-辛烯-3-醇（OAV=17930.58）和2-甲基-2-丁烯醛（OAV=8.60），特征香气为花香和蘑菇香；上海地区羊肚菌的特征风味物质为α-亚乙基-苯乙醛（OAV=387.97），特征香气为花香味，也含有较高的刺激性气味物质甲基乙基硫醚（OAV=7.78）；江苏地区羊肚菌的特征风味物质为2-戊基呋喃（OAV=97.23），特征香气为甘草气味，其形成与土壤中有机质含量高具有相关性。湖北和青海地区羊肚菌特征风味较弱，此外，青海地区挥发性物质含量与海拔相关。【结论】通过GC-IMS和GC×GC-ToF-MS技术筛选出云南、湖南、江苏、上海、湖北和青海地区羊肚菌的特征挥发性风味物质，并初步探索了其风味形成的环境影响因素，表明通过特征挥发性风味物质区分羊肚菌的产地具有可行性。

【目的】 海岛棉具有优异的纤维品质，纤维断裂比强度是棉花纤维品质的一个重要指标。开发InDel分子标记，通过RIL群体和资源材料进行验证，并分析其有效性，为选育优异纤维品质海岛棉新品种提供一定的理论依据。【方法】 以前期构建的213份Pima S-7和5917 F_5:6重组自交系（RIL）群体为材料，进行QTL定位，获得调控海岛棉纤维强度数量性状基因座位点qFS-chr17-1，根据亲本全基因组测序（WGS）数据开发设计InDel标记，并在亲本间筛选多态性标记。根据表型数据选取40份极端家系材料初步验证所开发的多态性标记。在213份RIL群体和213份海岛棉资源材料中进行基因分型，并结合多年纤维品质数据验证标记的有效性。【结果】 利用开发的2个InDel标记在RIL群体与海岛棉资源材料进行基因分型检测，结果表明，2个标记能够与纤维强度表型数据紧密连锁，所区分材料间纤维强度性状具有显著差异。通过组合2个标记基因型检测结果，发现4种组合类型的纤维强度呈现上升趋势，且携带Hap3（B/A）与Hap4（B/B）基因型的材料纤维强度显著强于Hap1（A/A）与Hap2（A/B）。InDel-3L2标记与纤维长度、纤维整齐度和纺纱一致性指数等纤维品质性状显著相关，所区分材料表型趋势与相关性分析结果一致。根据多年环境下两试验点的纤维品质数据分析，发现不同环境间的纤维品质有差异，结合气温数据，发现所开发的分子标记受环境影响小。通过对213份海岛棉资源材料纤维品质数据进行聚类分析，并结合分子标记分型结果，共筛选出8份优异纤维品质材料。【结论】 针对海岛棉纤维强度QTL位点（qFS-chr17-1）开发出2个与纤维强度紧密连锁的InDel分子标记，将两标记分型结果组合后仍具有有效性。InDel-3L2可以与纤维长度、纤维整齐度和纺纱一致性指数连锁。开发的InDel标记可以高效准确地检测海岛棉纤维高强度资源材料，可以用于海岛棉纤维品质改良育种。还筛选出8份优异纤维品质材料。

随着我国农业供给侧结构性改革的深入推进以及对优质、安全、环保农产品需求的不断增长，棉花生产面临产量提升、品质优化、轻简高效、绿色环保等多重目标协调发展的挑战。为应对这些挑战，本文提出“棉花多目标协同栽培”（简称协同栽培）的新理念，系统梳理支撑该理念的基础性理论研究成果，包括精量播种促进成苗壮苗的机理、分区灌溉与水肥高效协同机制、密植化控塑型免整枝的群体调控机理、脱叶催熟集中成熟的生理机制，以及逆境适应与产量稳定性的补偿性生长机制。在此基础上，结合国内外相关研究成果，总结提出棉花协同栽培的关键技术，包括精量播种与逆境成苗技术，密植化控免整枝塑型技术，变量滴灌水肥协同管理技术，集中成熟调控技术，并论述这些技术在优化资源利用、提高生产效率和保证产品质量等方面的应用成效。案例分析表明，协同栽培通过综合应用这些关键技术，不仅能提升棉花产量和品质，也可实现环境保护与资源可持续利用，印证了多目标协同的可行性，契合当前绿色、环保、高效和可持续农业发展的要求。未来研究需进一步聚焦多目标协同的优化路径，深化“品种-环境-措施”互作机制，强化逆境补偿生长与资源高效利用的协同机制，推动多熟制系统内作物间协同，拓展协同栽培的外延效益。通过多学科交叉与技术创新，协同栽培有望为棉花产业的高质量发展提供系统化解决方案，助力棉花产业绿色转型与可持续发展。