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。

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。

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】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。

【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】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。

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】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。

【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】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】棉铃虫和田间杂草是制约大田棉花高产的重要因素，现有单一抗虫或耐除草剂品种难以满足高效生产需求，培育兼具抗虫与耐除草剂复合性状的转基因棉花品种，为棉花抗逆育种提供高效种质资源。【方法】通过农杆菌介导法将抗虫融合基因cry1Ac-vip3Da与耐草甘膦基因g10-epsps导入棉花品种R15中，利用PCR鉴定再生株系，对阳性株系持续多代自交纯合，筛选抗性优良的稳定株系；利用qRT-PCR、ELISA分析转基因株系不同组织中目标基因的表达情况；并通过生物活性测定和草甘膦耐受试验分别鉴定不同转基因株系T₄—T₆代际间抗虫与耐草甘膦抗性的遗传稳定性；同时，综合分析不同转基因株系的农艺性状。【结果】PCR鉴定获得8个抗虫耐草甘膦转基因株系，其中，3个转基因株系CA-6、CA-7、CA-17的抗性表现较优；qRT-PCR分析发现cry1Ac-vip3Da和g10-epsps在3个转基因株系各组织中均高表达，且在同株系不同组织中的表达量有所差异；经ELISA检测，在3个转基因株系各组织之间，Cry1Ac-Vip3Da和G10-EPSPS蛋白的含量差异显著，其中，叶片中的蛋白含量最高，且随生育期（四叶期至吐絮期）逐渐下降，但T₄—T₆代际间蛋白表达稳定；生物活性测定和草甘膦耐受试验表明，3个转基因棉花株系T₄—T₆代的校正死亡率为65.12%—82.75%，可耐受4倍以上推荐剂量的草甘膦，且抗性在世代间无衰减；农艺性状分析表明，与对照相比，转基因株系在株高、果枝数、单株铃数、铃重、衣分和籽棉、皮棉产量等农艺性状方面无显著差异。【结论】外源基因cry1Ac-vip3Da和g10-epsps在转基因株系CA-6、CA-7和CA-17中稳定遗传，协同赋予抗虫性与草甘膦耐受性，且农艺性状未受外源基因影响。

【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。

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。

【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。

【目的】分析开花期高温对不同基因型籼稻的花粉粒吸胀膨大、花药开裂、花粉粒残留和雌蕊柱头捕获花粉粒数量等开花授粉性状的影响，解析开花期高温诱导水稻颖花不育的原因。【方法】不同基因型籼稻种质通过错期播种种植于江西南昌，使高温处理在8月上旬的自然高温条件下同期开花、冠层处气温36.5―37.8 ℃，使适温对照在9月中旬的适温条件下同期开花、冠层处气温30.8―32.5 ℃。调查并比较高温对不同基因型籼稻的颖花育性、花粉粒吸胀膨大、花药开裂、花粉粒残留、雌蕊柱头捕获花粉粒数量等开花授粉性状的影响。【结果】水稻在高温条件下开花时，供试种质江西吉安丝苗、粤香占和黄广油占等表现高温钝感，颖花育性分别为91.6%、89.2%和87.9%；而水稻种质珍富、玉针香、IR64和密阳46则表现高温敏感，颖花育性依次为55.2%、60.3%、61.1%和73.2%，极显著或显著低于对照。高温敏感种质珍富、玉针香、IR64和密阳46在高温条件下开花时的花粉粒吸胀膨大率依次为1.99%、1.16%、1.12%和2.70%，极显著小于对照；而其余供试种质在高温和适温条件下的花粉粒吸胀膨大率无显著差异。高温条件下，高温敏感种质珍富、玉针香、IR64和密阳46的花药裂口长度相对花药总长度的百分率为66.0%、45.4%、48.7%和63.6%，极显著或显著小于对照，花药中花粉粒残留量也明显多于对照；而其他供试种质在高温和适温下的花药裂口长度与花粉粒残留量均无明显差异。高温条件下，高温敏感种质的雌蕊单个柱头捕获花粉粒数量平均为20粒，极显著低于对照；而其余供试种质在高温和适温条件下捕获的花粉粒数量无显著差异。【结论】开花期高温抑制水稻花粉粒吸胀膨大、影响花药正常开裂、增加花粉粒“黏性”，从而阻碍花粉粒从花药中散落至雌蕊柱头，减少雌蕊柱头捕获有效花粉粒数量，造成水稻颖花不育而降低结实率。

【目的】AP2/ERF（APETALA2/ethylene responsive factor）超家族是一类对植物生长发育以及响应逆境胁迫起重要调节作用的转录因子，在植物中广泛存在，且成员众多。探究AP2/ERF家族基因在水稻籽粒大小调控中的功能，为水稻粒形改良提供重要的基因资源。【方法】通过同源重组法克隆OsDREB1J（LOC_Os08g43200），利用生物信息学、实时荧光定量PCR（qRT-PCR）等技术对该基因的基本特性、组织表达特性及在激素下的表达模式等进行分析；利用酵母异源表达、水稻原生质体瞬时表达、烟草瞬时表达技术分析该基因的转录活性和亚细胞定位；利用遗传转化体系获得该基因的过表达和基因敲除水稻突变体，并运用表型分析技术对其粒型进行分析。【结果】亚细胞定位结果显示，OsDREB1J定位于细胞核。生物信息学分析结果显示，该基因序列全长为711 bp，编码236个氨基酸；OsDREB1J蛋白不具有跨膜结构域，相对分子质量为27.47 kDa，理论等电点为5.54，具有AP2/ERF家族特有的AP2保守结构域。启动子元件分析发现，该基因启动子的顺式作用元件包括与激素响应、光响应、逆境胁迫响应等相关的元件。实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析结果显示，OsDREB1J在水稻不同组织中均有表达，无组织特异性，但在穗中的表达量最高；同时，在不同激素处理下，OsDREB1J的表达受不同程度的诱导或抑制。转录活性分析结果显示，OsDREB1J全长无转录自激活活性，但C端是转录自激活所必需的结构域。表型分析结果表明，osdreb1j突变体的粒长、长宽比、千粒重显著高于ZH11，OsDREB1J过表达转基因水稻则相反，改变OsDREB1J的表达不影响水稻籽粒的粒宽。表明OsDREB1J可能是通过调控籽粒细胞的长度而非细胞增殖和细胞扩展来影响籽粒大小的。【结论】OsDREB1J可能通过激素信号通路调控水稻籽粒大小。

【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】 水稻（Oryza sativa L.）是世界上近一半人口的主要粮食作物，蛋白质是稻米的第二大营养物质。水稻种子中的贮藏蛋白主要包括谷蛋白、醇溶蛋白、球蛋白和清蛋白，其中，易被人体消化的谷蛋白含量最高。肾脏病患者需要严格控制蛋白质的摄入，普通稻米谷蛋白含量最高，会加重肾脏负担，加速病情进展。创制低谷蛋白水稻种质的方法，为培育适合肾病患者食用的功能性水稻品种提供新的遗传材料。【方法】 以适合江苏地区栽培的常规粳稻品种苏秀867（SX867）为转基因受体材料，利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术删除水稻B亚家族谷蛋白编码基因GluB4和GluB5之间约3 500 bp片段。利用靶标位点侧翼序列对应的引物进行基因型鉴定，利用Cas9和潮霉素表达盒的序列特异性引物鉴定不含转基因元件的低谷蛋白水稻突变体。对纯合突变体的蛋白组分进行定性和定量分析，利用定量PCR检测水稻籽粒中部分谷蛋白编码基因的表达水平。在相同的栽培管理条件下，种植受体品种和纯合突变体，统计农艺性状和品质性状。【结果】 成功获得GluB4和GluB5之间缺失3 448 bp的纯合突变体；在该突变体中，谷蛋白占总蛋白的比例显著下降，醇溶蛋白和球蛋白的比例显著上升，谷蛋白含量降低至受体品种的45.54%—49.75%，与目前市面上常用的LGC-1转育的低谷蛋白水稻品种相近；纯合突变株系B亚家族谷蛋白编码基因表达水平显著降低，基因表达水平变化趋势与LGC-1转育的品种一致；与其受体品种相比，纯合突变体的主要农艺性状指标除株高显著降低和粒长显著变长外，其他被测农艺性状和品质性状无显著变化。【结论】 运用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，成功获得不含转基因元件的水稻谷蛋白含量显著降低的突变体，提供了一种简单快速地创制低谷蛋白水稻种质的方法。

【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】 在全球气候变暖背景下，探究彩色小麦花青素含量对灌浆中期高温胁迫响应的生理机理，为进一步应对气候变暖下功能性彩色小麦品种优质栽培提供理论依据。【方法】 于2022—2024年在安徽省合肥市高新技术农业园进行，选用6个颜色不同的彩色小麦品种，于灌浆中期对其进行5 d的高温胁迫处理（T），以不增温为对照（CK）。【结果】 花后高温胁迫处理下，彩色小麦的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、相对叶绿素含量（SPAD）、干物质分配量、可溶性糖含量、蔗糖合成酶活性、花青素含量、花青素合成酶活性、查尔酮合成酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性均显著降低，6个品种彩色小麦产量减少9.10%—16.94%，千粒重显著降低7.84%—16.94%，花青素含量显著降低7.18%—14.17%。不同品种彩色小麦产量、光合强度、SPAD值、干物质分配量、可溶性糖含量、蔗糖合成酶活性、花青素含量、花青素合成酶活性、查尔酮合成酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性大小为：秦白1号>秦绿3号>秦紫1号>新春36>秦黑2号>秦蓝1号，花青素含量大小为：秦黑2号>新春36>秦紫1号>秦绿3号>秦蓝1号>秦白1号。抗热型小麦品种秦白1号、秦绿3号、秦紫1号产量的下降幅度小于热感型小麦品种秦黑2号、新春36、秦蓝1号。花青素含量较高的彩色小麦品种秦黑2号、新春36、秦紫1号的光合强度、SPAD值、干物质分配量、可溶性糖含量、蔗糖合成酶活性、花青素含量、花青素合成酶活性、查尔酮合成酶活性、苯丙氨酸解氨酶活性的下降幅度小于花青素含量较低的彩色小麦品种秦绿3号、秦蓝1号、秦白1号。相关性分析表明，各彩色小麦品种产量和籽粒千粒重、蔗糖含量、蔗糖合成酶活性、旗叶净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、SPAD值呈显著正相关关系，花青素含量与可溶性糖含量呈显著正相关关系，产量与花青素呈负相关关系，相关性不显著。花后高温胁迫处理后，与游离花青素结合的蔗糖分解量减少，籽粒中的花青素分解增加，为小麦的生长发育补充能量。【结论】 花青素的抗氧化性有助于作物抵御外部胁迫，花后高温胁迫处理下，花青素含量较高的彩色小麦品种的各项指标的下降幅度低于花青素含量较低的彩色小麦品种，花青素含量与可溶性糖含量呈显著正相关关系。综上所述，花青素含量积累能响应高温胁迫，使可溶性糖含量降低幅度减小，增加彩色小麦的耐热性。

【目的】探究秸秆不同还田方式对东北黑土氮组分、氮矿化及氮循环功能基因丰度的影响，明晰长期秸秆还田下土壤氮素供应能力及土壤氮循环基因群落结构的变化。【方法】基于东北黑土区秸秆还田长期定位试验，选取玉米连作下的秸秆混合还田（RI）和秸秆覆盖还田（RC）为研究对象，以秸秆移除为对照（CK）。测定土壤氮组分含量，采用间歇淋洗好气培养法对土壤进行氮素矿化培养，采用荧光定量PCR（qPCR）测定土壤中氮循环基因拷贝数。【结果】试验8年后，与CK相比，RC处理提高了土壤表层（0—5 cm）颗粒有机氮（PON）和矿物结合态有机氮（MAON）的含量，分别增加了0.21和0.27 g·kg^-1，而RI处理仅使土壤中MAON含量提高了0.13 g·kg^-1（P<0.05）。秸秆还田（RI和RC）土壤中微生物量氮（MBN）含量显著增加了1.4—2.8倍（P<0.05），RI处理具有较高的铵态氮（NH₄⁺）和可溶性有机氮（DON）含量，RC处理的硝态氮（NO₃^-）含量最低。与CK相比，秸秆还田土壤氮矿化量显著提升25.3%—83.2%（P<0.05），各处理土壤氮矿化量由大到小排序为：RC、RI、CK。采用一级反应动力学模型对土壤氮矿化过程进行拟合发现，秸秆还田显著提高了土壤氮矿化势（N₀）和矿化速率常数（k）（P<0.05），且以RC处理为最高，N₀和 k分别达到了199.8 mg·kg^-1和0.31 mg·kg^-1·d^-1。随机森林分析表明，PON、MBN和NO₃^- 3个氮组分对N₀影响较大。此外，与秸秆移除相比，秸秆还田的nifH、AOB和nirS基因丰度均显著升高，而秸秆还田的AOA和nirK基因丰度则均显著下降（P<0.05），表明秸秆还田改变了土壤氮循环功能基因群落结构。冗余分析（RDA）发现，秸秆不同还田方式土壤氮循环基因群落结构变化受到土壤中不同氮组分的影响。【结论】长期秸秆覆盖还田土壤有机氮含量和氮素矿化潜力最高，有利于土壤氮库提升及保证作物生长过程中氮素供应，可为东北黑土区农田化学氮肥减施提供更大可能。

【目的】为创新小麦绿色丰产优质高效的无人化栽培技术体系提供理论和技术支撑。【方法】笔者团队根据土地流转与规模化经营加速、从事农业生产的劳动力不断减少、种田方式要求更为高效舒适的形势，通过“农艺-农机-农智”融合研究，研创了小麦整合化无人化栽培技术，即运用新技术、新产品、新装备，进行小麦全程生产农事操作的简化整合，以最少的作业次数、用最少的机具和无人化作业，完成小麦生产。在探索性试验的基础上，于2019—2020、2020—2021和2021—2022年度在江苏省盐城市大中农场，设置小麦整合化无人化栽培技术（IU）处理和试验区小麦常规全程机械化丰产栽培技术（CK）处理，研究不同处理间小麦产量形成特征及差异，分析小麦整合化无人化栽培的丰产特征，进而提出无人化栽培技术途径。【结果】IU处理较CK处理提高小麦产量3.0%—5.9%，部分品种和生长季下处理间差异显著。在产量构成上，穗数表现为IU>CK（部分品种和生长季下处理间差异显著），穗粒数为IU>CK（P>0.05），总实粒数为IU>CK（P<0.05），千粒重为IU<CK（P>0.05），说明IU处理通过稳定穗粒数和千粒重、增加穗数，实现小麦增产。在光合物质生产上，主要生育时期的茎蘖数、叶面积指数、干物质积累量和主要生育阶段的光合势、群体生长率以及茎蘖成穗率、粒叶比均表现为IU>CK（部分品种和生长季下处理间差异显著），为IU处理增产奠定物质基础。总结了所创建的整合化无人化栽培途径及基本技术，从整合化、无人化、“农艺-农机-农智”融合度、关键栽培技术、综合评价等方面进行了小麦整合化无人化栽培发展的若干讨论。【结论】小麦整合化无人化栽培与试验区小麦常规全程机械化丰产栽培的产量相当或显著增加，可以较少的机力人力投入与无人化作业实现小麦丰产栽培，是农业现代化生产发展的有效途径，未来应加强多方面协同创新与投入，以加快该技术的优化熟化和大面积示范推广。

【目的】水稻粒型是由多基因控制的数量性状，将其遗传分解于单片段代换系（SSSL）中，并解析其遗传方式，为后续基因的遗传机制研究和设计育种提供依据。【方法】以日本晴为遗传背景的水稻染色体片段代换系Z492为研究材料，应用混合线性模型（MLM）进行粒型性状QTL的遗传分解和解析。【结果】以日本晴/Z492构建F₂群体，共鉴定出4个粒型QTL，包括粒长qGL6、qGL7和长宽比qRLW7、qRLW12，构建这些QTL的3个单片段代换系（S1—S3）和3个双片段代换系（D1—D3）。利用3个SSSL进一步鉴定出8个粒型性状QTL，包括qGL6、qGL7，以及6个新鉴定的QTL（qGW6、qRLW6、qGW7、qGWT7、qGL12和qGW12）。同时，分析不同QTL在3个DSSL中的遗传模式。结果表明，qGL6（a=0.26 mm）和qGL7（a=0.21 mm）互作产生-0.21 mm的粒长上位性效应，导致D1的粒长遗传效应（0.26 mm）与二者的加性效应相当。因而，D1的粒长（7.98 mm）与含单个QTL的S2和S1粒长（7.89和7.98 mm）无显著差异，而比日本晴的粒长（7.47 mm）显著增加。表明在设计育种中选择qGL6和qGL7聚合对增加粒长无效。qGW6（a=0.07 mm）和qGW12（a=0.06 mm）在D2中独立遗传，二者聚合产生的遗传效应（0.13 mm）使D2的粒宽（3.65 mm）比相应单片段代换系显著增加。因而在设计育种中可选这两个QTL增加粒宽。qGW7（a=0.11 mm）和qGW12（a=0.06 mm）互作则产生-0.10 mm的粒宽上位性效应，导致D3的粒宽遗传效应（0.07 mm）与qGW12的加性效应相当。因而D3的粒宽（3.59 mm）与含qGW12的S3无显著差异，而比日本晴显著变宽（3.44 mm），比携带qGW7的S2显著变窄（3.66 mm）。【结论】以单片段代换系和双片段代换系鉴定不同性状QTL对设计育种是非常必要的。不同QTL聚合会产生不同的遗传模式，有些是独立遗传，有些呈现不同的上位性效应。同时，S1和S3杂交可实现长宽大粒的育种目标，S1和S2杂交可产生比相应单片段代换系更重的籽粒，而S2和S3杂交无实际意义。

【目的】氮素穗肥是影响水稻产量与品质的关键因素之一，研究氮素穗肥对南方香粳稻产量、品质与香气的影响，拟为南方香粳稻优质丰产栽培提供理论依据。【方法】试验于2022—2023年进行，以南方香粳稻代表品种南粳9108为材料，设置不施氮肥（N0）、仅施基蘖肥（N1）和常规施用穗肥（N2，施用70%基蘖肥+30%穗肥）3种施氮模式，分别在不同叶龄时期倒六叶、倒五叶、倒四叶、倒三叶、倒二叶和倒一叶期叶尖刚抽出叶鞘时一次性施用穗肥，依次记为L6、L5、L4、L3、L2和L1，研究氮素穗肥对南粳9108产量、品质和香气的协同调控机制。【结果】与不施氮肥和不施穗肥相比，施用穗肥可显著增加香粳稻单位面积穗数与每穗粒数，从而提高产量；随着穗肥施用时期的后移，产量呈先增后降趋势，在倒四叶处理达到最大值。穗肥施用及施用时期会对香粳稻加工、外观、食味与香气品质产生影响。随着穗肥施用时期的后移，南粳9108整精米率呈现上升趋势，但垩白度升高，外观品质变劣；同时直链淀粉含量降低，蛋白质含量升高，导致食味值下降，食味品质降低。稻米香气主成分2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP）含量也随着穗肥施用期的后移而降低。施用穗肥使籽粒脯氨酸含量与脯氨酸脱氢酶活性显著提高；穗肥施用时期的前移，对于水稻结实期脯氨酸积累具有显著的促进作用，脯氨酸脱氢酶活性也随之升高，有利于成熟期籽粒中保持较高的脯氨酸含量与脯氨酸脱氢酶活性，进而促进水稻籽粒中2-AP的合成。基于实产、整精米率、垩白度、食味值与籽粒2-AP含量等指标综合评价穗肥施用时期的影响，发现倒四叶处理综合评分最高。【结论】本试验条件下，施用穗肥有助于实现南方香粳稻产量、品质协同提升，在保证稳产的基础上，倒四叶期时施用穗肥，南方香粳稻产量、食味和香气等综合效益最佳。

【目的】 稻瘟病是水稻最重要的病害之一，稻瘟病抗性基因Pigm-1具有广谱抗性，但其抗病的遗传机制还不清楚，通过筛选并鉴定Pigm-1信号通路中的关键蛋白，为水稻抗病育种提供重要的理论依据。【方法】 通过同源重组的方法构建诱饵载体pGBKT7-Pigm-1-CC^1-576，检测诱饵蛋白自激活活性，同时，将pGBKT7和pGBKT7-Pigm-1-CC^1-576质粒分别单独转化Y2H Gold酵母菌株检测诱饵蛋白毒性；利用稻瘟病菌诱导后构建的水稻酵母cDNA文库筛选水稻抗病R蛋白Pigm-1的互作蛋白，并通过Rice Information GateWay（RIGW）比对与注释测序结果；利用荧光素酶互补（Luc）、免疫共沉淀（Co-IP）和酵母双杂交试验对Pigm-1与OsbHLH148进行互作验证；运用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对互作蛋白OsbHLH148对应的基因进行组织表达分析。【结果】 自激活性检测显示，共转化诱饵蛋白pGBKT7-Pigm-1-CC^1-576与AD质粒没有自激活现象，毒性检测结果表明，诱饵蛋白对酵母细胞毒性较小或没有毒性；通过筛选酵母文库，获得124个可能与Pigm-1互作的蛋白，涉及乙烯合成、赤霉素合成、活性氧清除、酶代谢等相关蛋白，还有功能未知蛋白；利用Luc、Co-IP和酵母双杂交试验验证了Pigm-1-CC^1-576与OsbHLH148具有相互作用；进一步分析发现OsbHLH148受稻瘟病菌诱导表达；OsbHLH148在水稻6周龄的叶片中表达量最高。【结论】 获得可能与Pigm-1互作的124个蛋白，其中OsbHLH148与Pigm-1-CC^1-576具有互作关系，推测OsbHLH148可能在Pigm-1介导的稻瘟病抗性中发挥作用。

【目的】研究麦麸多糖对金线鱼糜凝胶物性和结构的影响，并阐释麦麸多糖对于鱼糜凝胶特性的浓度效应机制，为利用麦麸类副产物改善鱼糜凝胶特性提供理论支持。【方法】提取麦麸多糖加入金线鱼糜中，制备多糖-鱼糜蛋白复合凝胶，并利用物性学、流变学、分子间作用力、傅里叶红外光谱、SDS-PAGE电泳、扫描电镜等技术，探究不同添加量的麦麸多糖对金线鱼糜凝胶特性与微结构的影响。【结果】麦麸多糖对鱼糜凝胶宏观物性和微观结构的影响具有明显的浓度依赖性。共混体系的流变学参数G'值和G"值、持水性、质构特性（TPA）、凝胶强度、水分分布状态均随着麦麸多糖添加量的增加，呈现先增加后降低的趋势，并在麦麸多糖添加量为1.0%时达到最大改善效果。傅里叶红外光谱图显示，在热诱导鱼糜凝胶化过程中，蛋白质的二级结构与多糖添加量密切相关：随着多糖含量增加，α-螺旋含量逐渐下降，β-转角与β-折叠含量持续增加（P<0.05），但麦麸多糖含量超过1.0%时，α-螺旋含量逐渐回升，而β-转角与β-折叠含量反而降低。这可能是由于多糖对蛋白凝胶内二硫键和静电相互作用为主要分子间作用力的影响具有浓度依赖，导致其二级结构变化。SDS-PAGE电泳显示，麦麸多糖添加量>1.0%后，肌动蛋白（actin，AC）条带和肌球蛋白重链（myosin heavy chain，MHC）条带颜色明显变浅，同时在浓缩胶的上端有深色条带累积。扫描电镜观察鱼糜凝胶的微观结构发现，随着多糖的添加量增加，鱼糜凝胶网络结构孔隙逐渐减小，当多糖的添加量为1.0%时，鱼糜凝胶网络结构最致密，分形维数D_f达到最大值2.8657；继续添加麦麸多糖导致凝胶体系出现相分离，多糖大量自我聚集会破坏鱼糜蛋白凝胶网络，从而分形维数D_f下降。【结论】在金线鱼鱼糜中添加1.0%的麦麸多糖，可作为鱼糜蛋白三维网络结构中的填充剂与保水剂，诱导形成更加均匀致密的凝胶基质，有效改善鱼糜凝胶品质。

【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。

【目的】优化玉米杂种优势类群划分与判别分析方法，为玉米育种提供指导和参考。【方法】采用固相芯片对60份糯玉米自交系进行基因分型，通过质量控制获得不同密度的SNP标记，采用群体结构分析和遗传距离聚类的方法对60份糯玉米进行类群划分，比较不同密度分子标记和分群方法的差异。在此基础上，分别采用随机森林和支持向量机对类群划分结果进行抽样和交叉验证，比较玉米自交系类群判别的预测精度。【结果】通过不同的质量控制标准分别获得11 431和4 022个分子标记，基于2种分子标记密度，分别将60份材料分成5个类群和4个类群，其中，以11 431个SNP标记为基础，通过群体结构分析和遗传距离聚类结果发现，类群内样本一致性为63.33%，以4 022个SNP标记进行分群，发现2种类群划分方法的群内样本一致性为90.00%；比较玉米自交系类群判别的预测精度结果为：基于4 022个标记，随机森林和支持向量机预测精度的平均值（91.43%）高于11 431个标记的预测精度的平均值（86.25%），其中，预测精度最高的是采用4 022个标记的随机森林预测，预测精度为94.17%。【结论】聚类分析法最终将60份玉米糯自交系分为4个类群，运用随机森林和支持向量机对类群划分结果进行抽样和交叉验证，发现随机森林法比支持向量机法能获得更高的预测精度。

【目的】筛选苏打盐碱胁迫液浓度和耐盐碱测定指标，建立大批量耐盐碱鉴定方法；对粒用高粱核心种质的耐盐碱特性进行综合评价，筛选耐盐碱种质，为进一步培育耐盐碱亲本和杂交种提供种质基础。【方法】松嫩平原盐碱土的主要成分是Na₂CO₃和NaHCO₃。采用50 mmol·L^-1 NaHCO₃﹕Na₂CO₃=9﹕1为胁迫液模拟松嫩平原中度盐碱土环境，胁迫液的pH为9.19、含盐量为0.21%。以苗高、根长、苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重、根冠比鲜重、根冠比干重8个性状为测定指标，鉴定285份粒用高粱核心种质苗期的耐盐碱特性。采用主成分分析筛选粒用高粱苗期耐盐碱鉴定指标并建立幼苗期耐盐碱评价数学模型，采用聚类分析将285份高粱种质的耐盐碱特性分级，筛选出耐盐碱性较强的种质。【结果】50 mmol·L^-1盐碱胁迫对285份高粱种质的8个指标均表现出抑制作用，8个性状的平均耐盐碱系数分别为0.794、0.785、0.565、0.554、0.802、0.638、0.978和0.841，并且盐碱胁迫下各指标之间均呈现出显著正相关性；主成分分析筛选出苗高、根鲜重可作为高粱幼苗期苏打盐碱胁迫鉴定评价的指标；采用多元线性回归分析归纳出高粱幼苗期耐盐碱特性评价模型Y=0.097X4+0.171X2+ 0.201X6+0.157X1+0.105X3-0.147，可用于多个指标的综合评价；聚类分析将285份粒用高粱核心种质耐盐碱特性划分为强耐盐碱、耐盐碱、中间型、敏感型、极敏感型5个等级，其中，强耐盐种质8份、耐盐碱种质8份、中间型种质112份、敏感型种质134份、极敏感型种质23份。将耐盐碱种质和极敏感型种质种植在吉林省西部苏打盐碱地中度盐碱土（pH 8.5—9.5、含盐量0.3%）进行验证，强耐盐碱种质平均出苗率为45.4%、平均苗高为23 cm；耐盐碱种质平均出苗率为31.3%、平均苗高20.9 cm；极敏感型种质平均出苗率为20%、平均苗高12.3 cm。【结论】以50 mmol·L^-1苏打盐碱浓度（NaHCO₃﹕Na₂CO₃=9﹕1）从285份高粱种质资源中筛选出8份强耐苏打盐碱的种质，8份耐盐碱种质，筛选出苗高和根鲜重2个性状作为高粱幼苗期大批量耐盐碱筛选的鉴定评价指标。

【目的】探讨秸秆、绿肥覆盖还田对西南旱地土壤肥力及作物产量的影响，为合理高效、生态健康的保护性耕作措施提供依据。【方法】以西南地区“蚕豆/玉米/甘薯”旱三熟套作模式中的甘薯季为研究对象，设无覆盖（CK）、秸秆覆盖（S）、紫云英覆盖（M）、秸秆+紫云英覆盖（S+M）4个处理，研究其对土壤理化性质、微生物碳源代谢活性以及甘薯干物质积累和产量的影响。【结果】（1）较地表无覆盖（CK），秸秆覆盖（S）和紫云英覆盖（M）对甘薯季土壤理化性质、生物学特性具有一定的改善作用，其中以秸秆与紫云英（S+M）协同覆盖的效果最佳。（2）基于主成分分析的土壤肥力综合评价表明，S和M处理的土壤肥力均高于CK，其中S+M处理在根际与非根际土壤的综合得分均为最高。（3）S+M处理显著提高了甘薯各器官干物质量以及甘薯产量，S+M、S、M处理下甘薯产量相较于CK处理分别提高34.53%、14.60%、11.55%。【结论】在西南“旱三熟”区进行秸秆与紫云英覆盖，能有效改善土壤理化性质及生物学特性，提升土壤肥力，提高甘薯干物质量及产量。

【目的】李种植业是辽宁地区重要产业，李细菌性穿孔病的大面积流行制约了李种植业的绿色、健康和持续发展。本论文旨在明确引起辽宁地区李细菌性穿孔病的病原菌种类，探究不同药剂对病原菌的毒力，为李细菌性穿孔病防控提供理论依据。【方法】2023—2024年，从辽宁省李产区调查10个果园李细菌性穿孔病发生的情况，采集具有典型症状的叶片、果实和枝干病样20份，共分离纯化获得细菌30株。观察并记录其菌落形态、颜色、大小及边缘形态等特征，通过透射电镜观察其形态，并进行革兰氏染色。利用细菌16S rDNA通用引物27F/1492R以及多基因位点进行扩增，登录NCBI数据库对测序结果进行BLASTn比对分析并下载对应属的参考序列，通过网站GIPRES Science Gateway利用最大似然法构建多基因联合系统发育树。通过刺伤接种菌悬液的方式对‘秋姬’李离体叶片进行病原菌接种，28 ℃高湿条件下培养，定期观察和记录叶片发病情况，针对叶片的病健交界处进行病原菌再分离，完成整个科赫氏法则验证。采用抑菌圈法测定病原菌对0.15%梧宁霉素、80%乙蒜素、3%噻霉酮、1.8%辛菌胺醋酸盐、3%中生菌素和6%春雷霉素的敏感性。【结果】经形态学观察和分子生物学鉴定，明确引起李细菌性穿孔病的病原菌种类为树生黄单胞菌李致病变种（Xanthomonas arboricola pv. pruni，Xap）（36.67%，11株）和瓦氏泛菌（Pantoea vagans）（63.33%，19株）。敏感性测定结果表明，0.15%梧宁霉素和80%乙蒜素的抑制效果最好，其中0.15%梧宁霉素对树生黄单胞菌李致病变种、瓦氏泛菌的EC₅₀分别为0.026、0.502 μg·mL^-1；80%乙蒜素对二者的EC₅₀分别为1.162、25.643 μg·mL^-1；其次为3%噻霉酮，EC₅₀分别为5.200、96.075 μg·mL^-1；1.8%辛菌胺醋酸盐、3%中生菌素对树生黄单胞菌李致病变种、瓦氏泛菌的EC₅₀分别为176.008、273.072和621.697、72.270 μg·mL^-1；6%春雷霉素对瓦氏泛菌的EC₅₀为886.467 μg·mL^-1，对树生黄单胞菌李致病变种抑制效果较差。【结论】引起辽宁地区李细菌性穿孔病的病原菌为树生黄单胞菌李致病变种和瓦氏泛菌，0.15%梧宁霉素和80%乙蒜素对这两种病原菌具有较好的抑制效果。研究结果可为李细菌性穿孔病的田间精准防控提供理论依据。

【目的】增加种植密度是目前生产上提升玉米产量的主要农艺措施之一，但增密会导致群体结构不合理进而降低光照等有限资源利用效率，限制玉米产量潜力释放。基因编辑可以通过改良玉米株型来优化冠层结构使其适应密植进而增加产量，探明株型改良对春玉米根冠特性、籽粒产量及密度响应的影响及机制，可为春玉米的株型改良和密植高产提供理论与技术支撑。【方法】于2019和2020年在吉林省公主岭试验站进行为期2年的田间试验，以京科968和该品种的株型改良型品种京科Y968为试验材料，设置3个种植密度分别为6.0万株/hm²（D1）、7.5万株/hm²（D2）、9.0万株/hm²（D3）。研究相同遗传背景下株型对春玉米根-冠特征和产量的影响。【结果】在D1条件下，2种不同株型的春玉米品种间叶面积指数（LAI）、净光合速率（Pn）、光能利用效率（PUE）、干物质积累量及籽粒产量均无显著差异。但与京科968相比，京科Y968在D3条件下具有相对较高的主根条数（7.2%）和较大的根系干物质重量（6.0%），促进了营养物质的吸收；同时，在D2和D3条件下，京科Y968植株上部、中部和下部均具有相对较低的茎叶夹角和较高叶向值、叶面积指数。因此，D2和D3条件下灌浆中后期京科Y968穗位叶的Pn分别提高了7.5%和7.7%，PUE提高了4.3%和10.8%。结构方程模型分析表明，较高的叶向值和叶面积指数可正向直接地提升地上部干物质积累量，进而增加籽粒产量8.7%（D2）和11.2%（D3）。【结论】株型的改良使京科Y968在高密度条件下具有更高的主根条数和更大的根系干物质重，有利于地下部营养吸收，同时其叶片更为紧凑，光合速率显著提高，冠层光能利用率得到有效提升，根-冠结构更为合理，促进了地上部干物质积累，进而可以获得相对较高的籽粒产量。

【目的】叶绿素作为植物光合作用的核心色素，直接影响植物的光合效率和产量，通过挖掘与海岛棉叶绿素相关的分子标记和候选基因，为海岛棉品种改良提供理论依据。【方法】利用203个海岛棉品种作为研究对象，在4个环境下（2年2点）分别测定海岛棉3个时期（蕾期、花期、铃期）的叶绿素含量，并对4个环境下的叶绿素含量进行相关性分析，将全基因组重测序数据和叶绿素含量的最佳线性无偏预测值（BLUP）进行全基因组关联分析，筛选与叶绿素含量相关的候选基因。【结果】对4个环境的叶绿素含量进行描述性统计，蕾期、花期和铃期叶绿素含量在不同年份和不同地点均呈正态分布，表明该性状是受多基因控制的数量性状。叶绿素含量在不同生长时期存在显著差异，并受环境影响显著，蕾期叶绿素含量的相关系数为0.021—0.287，花期为0.017—0.180，铃期为-0.118—0.212。经全基因组关联分析（GWAS）分析，共筛选出52个显著SNP位点。其中，在蕾期、花期和铃期分别筛选到20、20和12个显著SNP位点，主要分布在A05、A06、D05、D06和D10等染色体上，并注释到80个候选基因，其中，GB_A05G0103、GB_A05G0104、GB_A05G0105、GB_A05G0106、GB_A05G0107、GB_A05G0108、GB_A05G0109、GB_A05G0110、GB_A05G0111和GB_A05G0112等10个基因在typeⅠ（4个环境）的花期和typeⅡ（新疆北部2个环境）的花期均被注释到，GB_A06G1512和GB_A06G1513在typeⅠ的花期和铃期、typeⅡ的花期均被注释到，GB_D09G0836、GB_D09G0837和GB_D09G0838在typeⅠ的铃期和typeⅡ的花期均被注释到。通过相对表达量分析，鉴定到9个与叶绿素含量相关的基因，其中，GB_A05G0097、GB_A05G0093和GB_D05G0109在叶绿素代谢、光合作用和植物抗逆性中具有重要作用。【结论】海岛棉叶绿素含量在不同生长时期存在显著差异，并受环境影响显著，GWAS分析共检测到52个与海岛棉叶绿素含量相关的位点，发现9个基因可作为海岛棉叶绿素的候选基因。

【目的】蔗茅（Erianthus fulvus）是甘蔗重要的野生资源，可用于改良品种的抗逆性和产量。系统鉴定和开发蔗茅基因组中的简单重复序列（simple sequence repeat，SSR）位点，筛选可利用的多态性SSR标记，解析蔗茅资源的遗传多样性特征，开发重要性状关联分子标记，对于利用蔗茅基因资源改良品种性状具有重要意义。【方法】采用生物信息学软件TBtools中的SSRminer模块，对二倍体蔗茅全基因组序列进行系统性SSR位点挖掘，并对所得数据进行统计分析，揭示其在基因组中的分布模式及规律。利用Batch Target Region Primer Design功能批量设计SSR引物，并通过Primer check工具评估引物的特异性。在6个蔗茅种质中，通过对随机合成的50对SSR引物和14对来自甘蔗的SSR引物进行扩增效率和多态性比较分析，验证引物多态性。【结果】共鉴定出152 707个蔗茅SSR位点，平均检测频率为5.64 kb/个，大部分分布在基因间区。SSR类型分布以单碱基、二碱基、三碱基为主。二核苷酸SSR类型中的基序重复次数变化最大，而五核苷酸的基序重复次数变异最低。共检测出883种不同的SSR基序重复类型，其中，A/T和AT/TA是最为丰富。共设计144 692对SSR引物，其中85 025对显示高特异性。这些特异性引物在基因组上呈现出两端密集、中间稀疏的分布特点。扩增试验显示，50对随机合成的SSR引物中，有42对在蔗茅中扩增出稳定清晰的条带，其中32对显示出多态性，多态率为64.0%。与甘蔗SSR引物相比，蔗茅SSR引物表现出更高的扩增效率和更好的多态性水平。经过筛选，从32对有效的蔗茅SSR引物中确定了16对多态性好且扩增条带清晰的引物。这16对引物共扩增出72条条带，多态性信息量（polymorphism information content，PIC）范围为0.63—0.83，平均PIC值为0.74，表明它们在蔗茅种质资源的多态性分析和分子标记研究中具有有效性和实用性。【结论】揭示了蔗茅基因组中高丰度和多样性的SSR分布特征。获得16对扩增效率高、多态性良好的SSR引物。

【目的】黄曲霉毒素污染是制约花生产业良性发展的重要因素之一，评价国内外育种材料抗性水平，发掘新的抗性材料，为抗性新品种培育及遗传学研究提供种质资源。【方法】2020—2021年连续2年对国内外322份花生种质进行繁殖和收获，以强侵染力、高产毒的黄曲霉As 3.4408为接种用菌株，采用室内接种法，对3个“环境”繁殖的花生籽仁进行黄曲霉侵染抗性鉴定，并对其植物学类型、株型、籽仁营养品质等进行测定与分析，综合评价和筛选性状优异的抗性材料。【结果】从供试材料中筛选出13份抗黄曲霉侵染材料，占鉴定资源总数的4.04%，且大部分属于普通型花生，其中，包含2份稳定高抗材料（C203和C206），未获得对黄曲霉侵染免疫的种质。统计分析表明，322份花生种质黄曲霉侵染指数表现为连续变异，广义遗传力大于0.80，表明花生对黄曲霉菌的抗性受基因型和“环境”的显著影响，且表型变异主要由遗传因素控制。相关性分析表明，不同“环境”繁殖种质的侵染指数之间均呈极显著正相关关系（P<0.001），同一份种质在不同“环境”收获后的侵染抗性表型较为一致。籽仁营养品质与抗性之间的相关性分析发现，供试花生种质的黄曲霉侵染指数与其营养品质性状无显著相关关系。对不同植物学类型和株型花生种质的侵染抗性分析表明，抗黄曲霉菌侵染的材料在普通型/蔓生型花生种质中占比更高。【结论】不同“环境”繁殖花生种质响应黄曲霉侵染的表型较为稳定，种质之间侵染抗性的差异主要受基因型控制，遗传较为稳定。鉴定获得的稳定高抗材料C203和C206，可作为优异抗源用于黄曲霉抗性基因挖掘和抗黄曲霉花生品种改良。

【目的】氮素是植物生长和发育的必需营养元素之一，对加强农作物叶绿素合成、增强植物抗逆性以及提升产量和品质起到重要作用。通过高光谱技术对辣椒生长期间叶片氮素含量进行快速、准确且非接触性监测，研究辣椒叶片氮素含量（LNC）与光谱反射特性之间的联系，以期提高农业生产效率与精准性，实现智能化管理与精准施肥。【方法】以采集自贵州省农业科学院辣椒研究所官庄示范基地2021年的辣椒种植区叶片高光谱数据为研究对象，基于4个辣椒品种（黔椒8号、红辣18号、辣研101号和红全球）和施用5种不同氮肥用量（0、120、240、360、480 kg·hm^-2），对辣椒叶片原始光谱进行多元散射校正（MSC）、Savitzky-Golay（SG）平滑和一阶导（FD）预处理后，结合Pearson相关系数、连续投影（SPA）和竞争性自适应重加权（CARS）筛选敏感波段。利用偏最小二乘回归（PLSR）、随机森林（RF）和径向基神经网络（RBFNN）3种机器学习算法构建辣椒叶片氮素监测模型。【结果】原始光谱经预处理后，相关性系数均有较大提升，其中SG处理后的光谱数据模型反演效果最好，效果排序为SG>FD>MSC>原始光谱。对比不同波段筛选方法：使用Pearson相关系数法进行波段筛选会导致波段过于集中出现信息冗余或信息提取不全的情况；CARS算法筛选波段范围广、数量多，但包含较多冗余信息和噪声，其效果不如SPA；SPA筛选的氮素含量特征波段可有效减少共线性和冗余信息，建立的模型R²最优，RMSE最小。不同建模方法的辣椒LNC估算模型结果表现为：RBFNN最佳，PLSR次之，RF最差，其中SG-SPA-RBFNN组合模型反演精度最佳，建模结果R²为0.98，RMSE为0.62，验证结果R²为0.98，RMSE为1.21，RPD为3.08。RBFNN模型在处理高维度光谱数据时表现出色，优于传统的PLSR和RF模型。【结论】利用高光谱反射率特征建立的氮素含量预测模型，能够有效监测辣椒叶片的氮素水平，提高农作物管理效率，可为辣椒生长的精准管理和变量施肥工作提供技术支撑。

【目的】探究玉米大豆间作模式下不同覆膜方式对玉米光合物质生产及水分利用的影响，确定陕北旱作农业中玉米与大豆适宜的覆膜方式，以期为玉米大豆高产高效生产及生态环境保护提供依据。【方法】试验于2022年分别在水地和旱地进行，以‘中黄30’大豆和‘先玉335’玉米为试验材料，采用两因素完全随机设计，对照组为单作作物（玉米M、大豆S）和覆膜方式（裸地、膜际J）相结合，试验组为间作作物（玉米M、大豆S）和覆膜方式（裸地、膜际J、全膜Q）相结合，共13组处理，研究不同覆膜方式下间作玉米生长、光合特性和水分利用效率的变化。【结果】（1）拔节至吐丝阶段，间作玉米生长空间受限，导致水地间作玉米地上生物量较单作处于劣势，仅S/MQ、SQ/MJ、SQ/MQ的拔节期生物量分别比单作M高5.1%、6.3%、1.7%；间作下以SJ/MJ玉米植株生长速度最快，生长量大幅提升。旱地SQ/MQ、S/M、S/MJ、SQ/MJ、SJ/M对玉米吐丝期光合产物促进效果较佳，地上生物量比单作M高0.6%—105.9%。（2）间作与覆膜处理一定程度上改善了玉米光合特性，水地玉米净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO₂浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）之间均具有一定程度的正向关系，SQ/MJ与SJ/MQ的各项光合参数均较高，而SJ/M与SQ/MQ较低且低于不覆膜S/M；旱地玉米Pn与Ci之间呈现较弱负相关，各处理间玉米覆膜效果不显著，间作处理Gs较单作M分别低5.7%—38.1%，且Tr也降低5.6%—25.6%，仅SJ/M和SQ/M的Pn及SQ/MJ和S/M的Ci高于单作M。（3）间作覆膜对水分利用效率（WUE）影响效果显著，水地间作处理WUE较单作M高41.1%—74.0%，其中SJ/M、S/M、S/MJ较高；旱地所有处理中SQ/MJ的WUE最高（19.04 kg∙mm^-1∙hm^-2），其次为SJ/MJ（17.07 kg∙mm^-1∙hm^-2），而SJ/M与SQ/M的WUE比单作M显著低出26.7%、20.6%。（4）与单作M相比，水地间作S/MJ、SJ/M和SJ/MJ玉米增产76.8%、73.0%、72.3%，大豆减产在所有间作处理中相对较少，表现出较高的经济效益；旱地间作SJ/MJ、SJ/MQ玉米增产17.1%、23.5%，经济效益分别减少17.5%、22.8%。【结论】与玉米单作相比，玉米膜际+大豆膜际间作模式在水地可改善玉米光合性能，增加玉米地上生物量，提高玉米产量，提升系统经济效益，并促进水分利用效率的提高；在旱地通过间作系统中的互补效应和资源优化分配，维持玉米产量，提高水分利用效率，但农资总投入的增加降低了其经济可行性。因此，在陕北旱作农业中，水地和适量灌溉的旱地条件下均推荐玉米膜际+大豆膜际间作种植模式，以确保在提高水分利用效率的同时，实现增产增效和生态农业可持续发展。