【目的】株高是对谷子产量提升具有重要作用的性状。研究不同生育时期谷子株高的动态变化，鉴定控制株高QTL位点及效应，为谷子株型育种提供理论依据。【方法】以1个含有215份家系的重组自交系群体YRRIL为研究对象，于2023年5月分别在陕西榆林和陕西米脂2个环境下种植YRRIL群体并分别在苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期和成熟期等5个时期测定各家系的株高性状表型值，结合YRRIL群体的遗传连锁图谱，对谷子株高性状在不同生育时期进行遗传分析和动态QTL定位，鉴定控制谷子株高的非条件QTL和条件QTL。在此基础上，以基因本体论（GO）富集和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析方法对重要QTL进行候选基因预测。【结果】在整个生育期谷子株高增长趋势呈“S”型曲线，拔节期至孕穗期，株高生长速度较快，是株高发育的关键阶段。2个环境下，不同时期群体各家系株高均表现连续分布。2个环境5个时期共检测到86个与株高相关的QTL，分布在谷子基因组全部9条染色体上。包含48个非条件QTL和38个条件QTL，非条件QTL表型贡献率为1.13%—17.49%，其中6个能够在2个生育时期重复检测到，其余均只在一个生育时期检测到；条件QTL表型贡献率为1.97%—14.69%，其中1个能够在2个生育阶段重复检测到，其余均只在一个生育阶段检测到。非条件QTL和条件QTL分析中均不存在能够在3个及以上时期均能检测的QTL。2个环境下非条件QTL和条件QTL分析共检测到12个主效QTL，其中6个QTL为本研究新发现的主效位点。对主效QTL区间内的基因结合同源基因功能注释预测分析，筛选出14个可能与谷子株高相关的候选基因，其中Seita.1G242300.1、Seita.6G110200.1和Seita.7G143300.1等均能直接调控株高发育。【结论】2个环境下，谷子整个生长发育过程中检测到大量QTL参与株高性状的表型调控，79个（91.86%）在其中1个时期起作用，7个（8.14%）在其中2个时期起作用，不存在3个及以上时期均检测到的QTL，有12个主效QTL。利用非条件和条件分析方法检测到的QTL各占55.81%和44.19%，16个（18.60%）既是非条件QTL又是条件QTL。不同时期控制株高发育的QTL效应不同，其中苗期较小，拔节期至抽穗期普遍较大。
【目的】针对黄淮冬麦区抗赤霉病小麦品种短缺问题，开展产量与赤霉病抗性协同改良，为该麦区培育高产抗赤霉病小麦新种源。【方法】以苏麦3号为供体亲本（抗源），以矮败周麦16、周麦16、轮选136和轮选6号为受体亲本，利用骨干亲本矮败小麦结合Fhb1分子标记辅助选择和双单倍体（double haploid，DH）技术（简称矮败小麦分子育种策略）快速获得DH系，并对这些稳定品系进行株高、抽穗期和产量等主要农艺性状评价和赤霉病抗性鉴定。【结果】共获得51份半冬性、矮秆、白粒且携带Fhb1的DH系。在2个环境（2020河南和2020北京）下，51份DH系平均病小穗数分别为5.7和7.3，平均严重度分别为27.7%和35.2%，与中感对照淮麦20无显著差异；平均每公顷产量为8.3 t，略低于对照品种周麦18（8.5 t）。结合赤霉病抗性和主要农艺性状综合评价结果，选择DH116（轮选20）作为重点系进一步进行赤霉病抗性和农艺性状鉴定。单花滴注接种鉴定发现，轮选20在4个环境下均达到中抗-高抗对照抗性水平；每公顷产量在2个环境下均高于对照品种周麦18，每穗小穗数和千粒重显著高于对照（P<0.05），且比对照抽穗更早、植株更矮（P<0.05）。轮选20两年区试分别比对照百农207增产4.6%和1.7%，生产试验比对照增产3.5%；区试利用喷雾和单花滴注2种接种方法综合评价轮选20为中感-中抗赤霉病。分子标记检测发现，轮选20携带半矮秆基因Rht-D1b；在已知春化基因Vrn-A1、Vrn-B1和Vrn-D1位点均携带隐性等位基因。通过小麦660K SNP芯片分析显示，轮选20与4个亲本有64.7% SNP是一致的，亲本周麦16、轮选136、轮选6号和苏麦3号对轮选20的直接遗传贡献率分别为69.8%、12.6%、6.1%和11.5%。【结论】利用矮败小麦分子育种策略，实现了小麦高产和赤霉病抗性协同提高，培育出符合黄淮冬麦区生态类型的高产抗赤霉病小麦品种轮选20。
【目的】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】作物氮素营养状况是表征玉米冠层绿色程度和健康状态的关键指标，为比较玉米氮素营养估测模型中单一光谱指数模型与融合纹理信息模型精度的差异，探究基于无人机多光谱与纹理信息融合的玉米氮素营养估测模型的精准性与可靠性。【方法】采用Matrice 300 RTK多旋翼飞行器搭载MS600 Pro多光谱传感器，获取2年间6个氮素水平下玉米抽雄-吐丝期的多光谱影像数据，提取植被指数和纹理特征信息，综合分析植被指数、单纹理特征、组合纹理指数及植被指数和纹理指数融合的相关性，优选信息量最大的植被指数、归一化差值纹理指数（NDTI）及其组合信息，利用多元逐步回归（MSR）、随机森林（RF）、支持向量机（SVM）和灰狼优化的卷积神经网络（GWO-CNN）对比估测玉米叶片氮含量（LNC）、植株氮含量（PNC）、叶片氮积累（LNA）和植株氮积累（PNA）4个氮素营养参数。【结果】（1）不同氮素处理下玉米原始光谱反射率之间存在差异，红波段R（660 nm）、蓝波段B（450 nm）和近红外波段NIR（840 nm）波段差异较为显著。（2）基于无人机多光谱影像提取的植被指数（EVI、GARI、REOSAVI、SIPI和MCARI）、单纹理特征（var450、var660、mean840、dis720和hom840）和组合纹理指数NDTI均可用于VT-R1阶段玉米LNC、PNC、LNA及PNA估测，其中基于植被指数的GWO-CNN模型对LNC、PNC、LNA和PNA的估测效果优于单纹理特征和纹理指数模型，R 2分别为0.831、0.761、0.826和0.770。（3）融合植被指数和纹理指数的GWO-CNN模型对LNC、PNC、LNA和PNA估测精度明显高于植被指数和纹理指数，R 2分别为0.921、0.901、0.917和0.892，较单一光谱信息最优估测模型精度R 2分别提高了9.77%、15.54%、9.92%和13.68%。【结论】融合多光谱的植被指数和纹理指数能够有效提高玉米氮素营养估测精度，较好地评估玉米氮素分布情况，为田块尺度下基于无人机平台的玉米氮肥精准管理提供新思路。
【目的】株高影响燕麦的单株生产力，并与种植密度共同作用影响单位面积产量。探索大田环境下燕麦株高参数的自动、实时、精准获取方法，以期为燕麦田间自动化管理提供技术参考。【方法】首先基于Intel RealSense D435型深度相机和LabVIEW软件开发平台搭建燕麦深度图像采集系统，以‘品燕4号’燕麦为研究对象，获取生长全程26 376组建模数据和2 205组测试数据，每幅深度图像中燕麦所对应的平均株高和最高株高使用量尺测得。建模数据和测试数据在燕麦各株高区间内的数量相对均衡，并对图像进行高度还原、灰度化和缩放的简单预处理，随之给每张图像打2张标签，分别为图像中燕麦的平均株高和最高株高。基于8种经典卷积神经网络模型，将各网络模型的最后一层（分类层）去除，添加2个单节点且没有激活函数的全连接层后，分别构建双输出回归卷积神经网络估测模型，模型使用均方差函数（mean square error，MSE）评价各模型估测燕麦株高时的准确率。最终基于TensorFlow深度学习平台，采用建模数据经5折交叉验证选取Modified EfficientNet V2 L为估测模型。【结果】采用未参与模型训练的测试数据考察了Modified EfficientNet V2 L模型估测燕麦株高的泛化性能，该模型估测燕麦平均株高时平均绝对误差（mean absolute error，MAE）、均方根差（root mean square error，RMSE）和平均相对误差（mean relative error，MRE）分别为2.30 cm、2.90 cm和4.4%，估测最高株高时分别为2.24 cm、2.82 cm和4.1%，模型平均估测时间为52.14 ms。使用该方法估测作物株高时的精度与已有方法相近，平均估测时间可以满足作物株高获取的实时性要求。燕麦平均株高和最高株高估测时的相对误差随着作物株高的增加呈总体下降趋势，可能是由于作物株高较低时，估测结果受土壤起伏度影响较大。模型特征图可视化的结果表明，模型根据深度图像中燕麦的高度及轮廓对株高进行估测。最终基于LabVIEW软件开发平台构建了燕麦株高估测系统，系统在获取燕麦深度图像后，可以在0.1 s内精准估测出燕麦平均株高和最高株高，整个过程无需人为干预。【结论】使用深度图像和双输出回归卷积神经网络可以估测燕麦株高，其精度可以满足生产需求，该方法可为燕麦等作物的田间管理提供依据。
【目的】荞麦是一种重要粮食和经济作物。与其他作物相比，荞麦具备较高的耐铝性。实验室前期研究，在铝离子胁迫下的苦荞转录组中发现一个可能与铝离子响应密切相关的转录因子FtbHLH93，探究FtbHLH93的功能，为解决土壤酸化引致铝毒害的问题及耐铝植物的选育提供思路与线索，并为荞麦耐铝性的分子机理解析奠定基础。【方法】以品苦1号的cDNA为模板克隆FtbHLH93，通过qRT-PCR检测其在苦荞不同组织和铝离子处理不同时间段的表达量；酵母系统鉴定转录激活活性；亚细胞定位确定其表达部位。检测过表达材料的黄酮类物质含量，在未处理和铝离子处理条件下测定SOD和POD活性。运用转录组分析差异表达基因，筛选潜在的下游靶基因，对其进行启动子预测，并利用双荧光素酶报告基因试验进行验证。【结果】FtbHLH93转录因子编码区长度为573 bp，编码190个氨基酸残基，预测蛋白分子量为21.759 kDa，等电点为8.64。qRT-PCR结果显示，FtbHLH93在苦荞根中表达量高，铝胁迫下基因表达定量分析表明，FtbHLH93在24 h时表达量最高。转录因子活性鉴定显示，FtbHLH93在酵母系统中无转录激活活性。亚细胞定位显示其定位在细胞核上。在铝离子处理下，过表达FtbHLH93植株的毛状根具有耐铝性，并且SOD和POD活性均显著高于对照组，过表达材料的黄酮类代谢物的检测结果显示，芦丁、儿茶素、烟花苷含量明显高于对照组。通过对转录组数据进行GO和KEGG富集分析，发现GO富集分析中，其与金属离子转运和镉锰离子条目有关，KEGG富集分析中，其与ABC转运蛋白有关，且挖掘出3个铝响应的候选下游靶基因，共表达分析发现其中2个候选下游靶基因与FtbHLH93的表达模式相似。【结论】FtbHLH93转录因子可能通过促进黄酮类物质的累积、SOD和POD活性的提高来缓解铝毒害，FtbHLH93可能靶向调控与铝响应有关的FtPinG0100930100.01、FtPinG0303102000.01和FtPinG0403996200.01。
【目的】昆仑14和昆仑15是目前青海省青稞的主栽品种，也是青稞育种工作中重要的骨干亲本。比较昆仑14和昆仑15的基因组序列，为青稞重要性状区间/位点追溯、系谱分析及其二者在分子设计育种方面的利用提供参考。【方法】在田间调查昆仑14和昆仑15的农艺性状和籽粒性状，并进行全基因组重测序（测序深度≥15×）。系统比较2个品种拷贝数变异（CNV）、单核苷酸多态性（SNP）和插入/缺失（InDel）等序列差异。以SNP分布规律为依据，鉴定二者之间的多态性热点区间和序列相似区间。比较分析多态性热点区间和序列相似区间的突变类型。对2个品种的特有CNV变异区间和多态性热点区间内的基因进行富集分析。【结果】除株高和穗下节长度外，二者在其他农艺性状和籽粒性状上存在较高的相似性。与大麦Morex参考基因组相比，2个品种有83 Mb共有CNV变异区间，昆仑14和昆仑15特有的CNV变异区间总长分别为37和38 Mb。昆仑14特有CNV区间内含有564个基因，显著富集在15个GO条目中。昆仑15特有CNV区间内含有519个基因，显著富集在7个GO条目中。在全基因组水平鉴定出昆仑14和昆仑15存在1 706 Mb多态性热点区间和2 411 Mb序列相似区间。多态性热点区间内含有16 768个基因，其功能主要与植物生长发育相关。多态性热点区间和序列相似区间在SNP变异类型、InDel长度分布、突变影响编码功能的比例上差别不大。多态性热点区间和序列相似区间中基因序列上的SNP与InDel变异的类型主要是错义突变，其次是同义突变。【结论】昆仑14和昆仑15的田间表型相似，全基因组水平上，二者之间存在75 Mb的CNV变异区间，差异多态性热点区间主要分布在3H、6H和7H。
【目的】探讨10个燕麦品种在环青海湖地区的适应性，筛选适宜该区种植的高产、优质燕麦品种，为该区及类似区域高产、优质饲草生产提供数据支撑。【方法】以青海地区普遍种植的青海444（Avena sativa cv. Qinghai No.444）、白燕7号（A. sativa cv. Baiyan No.7）、青燕4号（A. sativa cv. Qingyan No.4）、青莜3号（A. nuda cv. Qingyou No.3）、青引2号（A. sativa cv. Qingyin No.2）、青燕3号（A. sativa cv. Qingyan No.3）、林纳（A. sativa cv. Lena）、青海甜燕麦（A. sativa cv. Qinghai）、青燕1号（A. sativa cv. Qingyan No.1）和陇燕1号（A. sativa cv. Longyan No.1）10个燕麦品种为材料，采用随机区组试验设计，各品种3个重复，共30个小区，小区面积3 m×5 m，小区间距1 m，区组间距3 m。人工条播种植，行距为25 cm，播深为3—4 cm。根据各品种的千粒重、纯净度和发芽率，按675万株/hm2保苗数计算各品种的播量。以150 kg·hm-2磷酸二铵和75 kg·hm-2尿素作基肥。大田试验分别于2022年5月16日和2023年5月19日播种，分别于2022年9月23日和2023年9月26日进行野外观测及样品采集。分析不同燕麦品种的生产性能和营养品质，采用分段结构方程模型探讨品种、种植年份及其交互作用对燕麦营养品质的影响过程及其路径系数，并采用TOPSIS-多准则决策模型对供试品种的生产性能和营养品质进行综合评价。【结果】青燕3号的株高（89.4—92.5 cm）显著最高，酸性洗涤纤维（34.8%—34.9%）和中性洗涤纤维含量（51.8%—53.4%）均显著最低；青燕4号的分蘖数（2.7—3.6枝/株）显著最高，粗灰分（10.9%—11.3%）含量显著最低；青燕4号和青燕3号干草产量、粗蛋白含量、相对饲用价值显著最高，而茎叶比显著最低；青燕1号粗脂肪含量（3.8%—3.9%）显著最高。皮尔森相关性分析结果显示，燕麦饲草产量与粗蛋白含量和相对饲用价值均呈显著正相关，与酸性洗涤纤维和粗灰分均呈显著负相关；茎叶比与酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量均呈显著正相关，与粗蛋白及相对饲用价值均呈显著负相关。结构方程模型分析表明，品种、种植年份及其交互作用对燕麦的营养品质形成均有直接效应，还通过影响株高、分蘖数、茎叶比和草产量间接影响燕麦的营养品质，其中，茎叶比的总效应值最高，为-0.37。【结论】青燕4号和青燕3号既能维持较高的生产性能，又具有较好的营养品质，是环青海湖地区的理想种植燕麦品种。
【目的】基于田间分期播种试验，研究华北北部冬小麦、夏玉米播期调整，其生长发育、光合生理特性、籽粒灌浆和产量形成及品质对气候变暖的不同响应，为华北平原农业生产采取措施应对气候变化提供科学依据。【方法】采用分期播种方法，于2017-2023年在华北北部的河北固城农业气象国家野外科学观测研究站开展冬小麦和夏玉米的大田分期（早播10 d、正常播期、晚播10 d、晚播20 d）播种试验，获取冬小麦和夏玉米的生育进程、地上干物质累积和分配、叶片光合特性、籽粒灌浆速率以及产量农艺性状和籽粒营养成分等资料。【结果】冬小麦全生育期随播期推迟而缩短，主要原因在于冬前幼苗期缩短；夏玉米全生育期与播期呈抛物线关系，播期每推迟10 d，幼苗期缩短1.3 d，花粒期和籽粒形成-灌浆期分别延长1.5和1.6 d。冬小麦、夏玉米籽粒灌浆过程对播期调整的响应完全不同，冬小麦籽粒灌浆特征在播期间反应并不敏感，夏玉米籽粒灌浆速率在播期间差异较小，但籽粒形成期、灌浆结束日期和峰值日期因播期推迟顺次延后，且灌浆持续日数因播期每推迟10 d，灌浆持续日数缩短4 d。北方麦区在秋暖和冬暖背景下，冬小麦播种期界限延宽，播期对产量的影响明显减弱，播期推迟配套增加播种量，产量不减且会小幅增产；夏玉米产量随播期推迟明显递减，理论产量播期每推迟10 d递减率1 381.50 kg·hm-2，但冬小麦和夏玉米晚播20 d产量都凸显跳跃变小。播期每推迟10 d，冬小麦籽粒分配率递增1.67%，夏玉米则递减1.57%，冬小麦收获指数提高0.017，而夏玉米降低0.016。冬小麦和夏玉米叶片光合速率（Pn）对播期的响应亦不同，冬小麦播期间的Pn较为相近，而夏玉米播期每推迟10 d Pn递减率1.21 μmol·m-2·s-1。播期调整对华北北部冬小麦、夏玉米籽粒品质不会产生明显影响。【结论】气候变暖背景下我国北方冬小麦延迟播种，延宽适宜播种期是适应气候变暖的积极有效措施，华北平原夏玉米适期早播可避免高温热害影响，有助于稳产增产。
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】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】植物根际促生菌（plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR）长期与植物互惠共生，可有效促进植物生长。从大豆根际土壤中筛选鉴定根际促生放线菌并研究其促生机制，以期为微生物菌剂的开发利用打下基础。【方法】采用土壤稀释涂布法、平板划线接种法收集放线菌分离株；利用溶磷、解钾、铁载体检测培养基分析分离株的促生特性；通过显微观察、生理生化试验和多基因序列分析，对目标促生菌进行种类鉴定；设置不同盐浓度（0—10%）对目标分离株进行耐盐性测定；通过盆栽试验检测其对大豆幼苗的促生能力并评估在盐胁迫条件下喷洒该分离株培养液是否可提升大豆植株的抗逆性。【结果】经筛选获得13株PGPR，其中Sg-7分离株不仅具有较强的溶磷、解钾、铁载体和吲哚乙酸（IAA）产生能力，还可有效拮抗丁香假单胞菌大豆致病变种（Pseudomonas syringae pv. glycinea，Psg）。根据形态特征、生理生化、多基因分析将大豆根际促生菌Sg-7鉴定为灰肉色链霉菌（Streptomyces griseocarneus）。灰肉色链霉菌Sg-7最高可耐受7% NaCl，盆栽试验表明该菌株培养液可有效促进大豆种子的萌发以及植株根长、茎粗、鲜重、叶面积等生长指标的提升。在150 mmol·L-1盐胁迫下，浇灌Sg-7培养液50×稀释液可有效提升大豆叶片SOD活性，为盐胁迫处理组的1.84倍；浇灌培养液100×稀释液可提升CAT活性，为盐胁迫处理组的4.33倍；而浇灌培养液10×稀释液POD活性为盐胁迫处理组的1.10倍。Sg-7菌株培养液还可提高大豆植株根系活力，促进叶片中类胡萝卜素含量的增加以抵御逆境胁迫，分别为盐胁迫处理组的3.05和1.12倍。【结论】灰肉色链霉菌Sg-7是一株潜在的植物根际促生菌，具有广阔的开发潜力与应用价值。
【目的】分析来自世界各地的栽培番茄和野生种质资源表型遗传多样性，并进行聚类分析和口感表现综合评价，筛选特异、优质的番茄资源，为番茄优异基因挖掘及番茄育种提供种质和理论支撑。【方法】以国内外收集的169份番茄资源为研究对象，测定全生育期38个表型性状，通过遗传多样性指数、主成分分析、权重、系统聚类、隶属函数等多元统计分析方法，对番茄种质表型进行遗传多样性分析、聚类分析及口感综合评价。【结果】169份番茄表型性状变异系数在18%—368%、遗传多样性指数在0.036—2.302，遗传多样性指数>1的性状有26个，其中成熟果色的遗传多样性指数最高（2.302），说明本研究中的169份番茄类型多样、遗传多样性丰富。相关性分析表明株高较高、单花序花数多、果实小的番茄糖酸比更高。主成分分析表明16个表型性状（单果重、心室数、果肩形状、果肩棱沟、商品果纵横径、糖酸比、可溶性固形物、木栓化大小、生长习性、株高、第二花序节位、花序类型、成熟果色、花序花数、株型）对资源变异的贡献率比较大，可作为聚类分析的主要指标；聚类分析结果表明：169 份番茄资源在欧氏距离5.0处划分为10大类群，第Ⅰ、Ⅱ类群为奇斯曼尼番茄，第Ⅲ、Ⅹ类群为不同果实大小的直立番茄，第Ⅳ、Ⅴ类群为无限生长的普通大果型番茄，第Ⅵ类群是直立型的大果番茄，第Ⅶ、Ⅷ类群多为樱桃番茄、少部分醋栗番茄，第Ⅸ类群为有限生长型的大果番茄。利用隶属函数法和权重对番茄果实口感风味进行综合评价，根据综合评价D值排名筛选了10份风味甜酸、口感好的醋栗番茄、樱桃番茄，5份口感甜、肉质沙软的大果番茄资源。【结论】研究结果明确了169份番茄种质资源表型特异性和丰富的遗传多样性，聚类分析筛选出各类群特异的番茄资源，利用果实口感相关指标筛选了表现较好的樱桃番茄和普通大果番茄资源，可为优异番茄资源的遗传改良提供参考，并为新品种选育提供物质基础。
【目的】国务院第三次全国土壤普查领导小组办公室（简称国务院三普办）2023年下发了《第三次全国土壤普查暂行分类系统（试行）》（简称《三普暂行分类》），但没有建立检索系统。为在土壤调查过程中避免发生同土异名、同名异土问题，特构建土类检索系统。【方法】依据农业重要性优先、确名先易后难、涵义先窄后宽、类型相似集中、体现土壤空间演变和发育规律等检索秩序原则，通过引用已有的诊断层/诊断特性、修改已有的诊断层/诊断特性、简洁化描述性语句、归纳特征土层等方法，从《三普暂行分类》土类划分依据中提炼各个土类的检索指标，构建土类检索系统。【结果】建立了包含《三普暂行分类》中62个土类的检索系统，检索秩序依次为：1工程土、2水稻土、3菜园土、4灌淤土、5灌漠土、6碱土、7寒原盐土、8漠境盐土、9酸性硫酸盐土、10滨海盐土、11草甸盐土、12火山灰土、13寒冻土、14紫色土、15磷质石灰土、16石质土、17粗骨土、18龟裂土、19新积土、20风沙土、21黄绵土、22红黏土、23石灰（岩）土、24白浆土、25灰化土、26棕色针叶林土、27暗棕壤、28棕壤、29黄棕壤、30黄褐土、31灰色森林土、32黑土、33灰褐土、34褐土、35燥红土、36黑钙土、37栗钙土、38栗褐土、39黑垆土、40棕钙土、41灰钙土、42灰漠土、43灰棕漠土、44棕漠土、45山地草甸土、46林灌草甸土、47砂姜黑土、48草甸土、49潮土、50沼泽土、51泥炭土、52砖红壤、53赤红壤、54红壤、55黄壤、56黑毡土、57草毡土、58寒钙土、59冷钙土、60冷棕钙土、61寒漠土、62冷漠土、63类型待定土。【结论】总体上，《三普暂行分类》的土类是可以通过剖面形态、土壤理化性质建立起检索指标的，但是高山土纲的多数土类没有完全遵循整个分类系统的分类原则，彼此之间难以从剖面形态和土壤理化性质上进行区分，需要利用分布区域、海拔等非土壤本身属性才能区分；《三普暂行分类》的土类还需要进一步完善，建议对部分土类要进行适当归并，同时增加一个“性土”土类。
【目的】大豆是光周期敏感的短日照作物，在不同生态区种植会导致开花过早或过晚。因此，大豆雄性核不育ms1（male sterility 1）基础群体在不同生态区应用于轮回选择的过程中，存在当地供体亲本和受体不育株花期不遇、导入率低的问题。构建适宜三大生态区应用的ms1基础轮回群体，提高供体亲本与受体不育株花期相遇的概率，揭示两轮互交后各群体生育期基因E1和E2基因型及其表型变化特点，为大豆开花期和生育期改良提供依据。【方法】以528份来自不同生态区的供体亲本和ms1基础群体为试验材料。利用前人报道的生育期基因E1和E2的KASP分子标记对供体亲本进行基因型鉴定，按照E1和E2基因型对供体亲本进行分类，分别与ms1基础群体籽粒混合，并根据不同生态区适宜的基因型将各群体种植于不同地区，进行两年两轮异交导入。其中，东北生态区群体种植于内蒙古呼伦贝尔、河北承德2个地区，黄淮海生态区群体种植于河北石家庄和河南许昌2个试验区，南方生态区群体种植于广东广州试验区。每年收获不同ms1群体不育株籽粒，冬季在海南三亚进行南繁。调查供体亲本与ms1基础群体开花期和成熟期，分析不同地区ms1群体E1和E2基因型比例的变化。【结果】根据生育期基因E1和E2基因型将供体亲本划分为4类E1E1/E2E2、E1E1/e2e2、e1e1/E2E2和e1e1/e2e2，各基因型比例分别为12.1%、65.0%、19.3%和3.6%。ms1基础群体中，晚花基因型E1E1/E2E2占有最高比例，为48.6%；群体材料开花期较晚，主要集中于45—51 d。经过连续两轮导入后，不同生态区ms1群体基因型发生变化。东北生态区呼伦贝尔的目标导入基因型e1e1/e2e2比例由33.0%提高到51.6%，承德e1e1/e2e2基因型比例由1.6%提高至3.4%；黄淮海生态区石家庄目标导入基因型e1e1/E2E2比例由18%提高至23.1%，许昌E1E1/e2e2基因型比例由12.5%提高到25.0%；南方生态区广州的E1E1/E2E2基因型比例维持在80%以上。目标导入基因型的杂合基因型在群体中比例也在不断提高。通过两轮异交导入，不同生态区ms1群体间开花期存在显著差异，说明随着开花期基因型的变化，不同群体的表型也随之改变。【结论】将供体亲本依据各开花期基因型分类分别导入ms1群体，可提高各生态区适宜基因型的比例，构建适用于不同生态区的ms1基础轮回群体，提高当地供体亲本和受体ms1不育株花期相遇的概率，实现大豆的开放授粉和基因聚集、积累，丰富群体的遗传多样性，从而进一步提高轮回选择育种效率。
【目的】探索土膜耕作法对农田土壤水分、温度和养分变化的影响，揭示土膜对作物根系生长及产量效应，明确土膜的农业生产价值，为其应用提供理论依据与技术。【方法】 在宁夏引黄灌区通过喷施1.0%浓度羧甲基纤维素铵（carboxymethyl cellulose ammonium，CMC-NH4）水溶液促使土膜产生。设CMC-NH4用量0（CK）、50.0（T1）、100.0（T2）、200.0（T3）和300.0 kg·hm-2（T4）5个处理，开展春小麦-夏玉米复种下的土壤水分、温度、养分、微生物、作物根系及产量效应研究。【结果】喷施CMC-NH4的各处理春小麦和夏玉米田土壤日均含水量提高3.3%-7.0%（P<0.05，下同）和1.9%-6.1%，日平均温度提高7.9%-12.6%和5.6%-11.7%，土壤积温增加88.98-141.94 ℃和60.25-136.65 ℃；0-30 cm土层根长提高37.5%-17.1%和11.2%-1.7%，根表面积提高15.3%-4.5%和12.5%-9.2%，土层根系干重增加17.0%-41.5%和30.9%-36.7%；提高春小麦籽粒产量7.3%-18.8%和夏玉米地上部干重33.6%-49.0%，提高土壤氮磷钾含量和促进土壤微生物多样性增加。【结论】喷施CMC-NH4形成的土膜具有农田覆盖功能，能够改善土壤水热环境，促进作物养分吸收利用、根系生长、提高产量；土膜耕作法为构造“表实上虚下实”良好耕层结构提供了技术方法，对作物产能提升、农田土壤改良及农业高质量发展有支撑作用。宁夏引黄灌区CMC-NH4推荐喷施量为100.0 kg·hm-2。
【目的】比较长期不同施肥措施对两种典型土壤（黑土和棕壤）团聚体分布和稳定性的影响，探究影响团聚体稳定性的关键因素，为缓解土壤结构退化提供理论支撑。【方法】依托34年黑土和45年棕壤长期定位试验，选取两定位点共有的不施肥（CK）、化肥（NPK）、化肥配施有机肥（NPKM）处理，以及黑土特有的化肥配施秸秆（NPKS）处理、棕壤特有的有机肥——猪厩肥（M）处理，采集0—20 cm土层土壤样品，测定土壤化学性质，采用湿筛法对土壤团聚体进行筛分。【结果】相比于CK，NPK处理下黑土和棕壤大团聚体（>0.25 mm）比例显著降低8.6%和11.3%，团聚体平均重量直径（MWD）分别显著减少18.6%和10.7%，说明单施化肥导致黑土和棕壤团聚体稳定性显著降低；NPKM和M处理下棕壤的MWD分别显著增加44.2%和17.9%，而NPKM处理下黑土MWD未发生显著变化，但NPKS处理下黑土MWD显著提高11.8%，说明在棕壤中施用猪厩肥，黑土中秸秆还田是提高团聚体稳定性的重要措施。土壤团聚体的稳定性主要受土壤化学性质的影响。长期施用化肥（NPK）导致黑土和棕壤的pH和交换性钙、镁离子（Ca2+、Mg2+）降低，阻碍了大团聚体的形成和稳定。施用有机物料（M、NPKM、NPKS）抑制了土壤pH的降低，提高土壤颗粒态有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MAOC）的含量，促进有机碳与铁铝氧化物、钙镁离子的结合，推动了黑土和棕壤颗粒的团聚过程，进而维持和提高了团聚体的稳定性。综合分析表明，影响黑土团聚体稳定的因素从大到小依次为络合态氧化铝（Alp）、Ca2+、POC、pH、MAOC，其中黑土团聚体稳定性与Alp显著负相关，与其余因素显著正相关。影响棕壤团聚体稳定性的关键因素从大到小依次为POC、络合态氧化铁（Fep）、pH、Mg2+、Ca2+、无定形态氧化铝（Alo）、Alp、无定形态氧化铁（Feo），其中棕壤团聚体稳定性与Alo和Feo显著负相关，与其他因素显著正相关。【结论】化肥配施有机物料（猪厩肥、秸秆）可以抑制土壤酸化，通过增加土壤POC和Ca2+含量，提高黑土和棕壤团聚体的稳定性，是延缓土壤结构退化的重要施肥措施。
落粒性是限制水稻产量的重要因素之一，培育落粒性适中的水稻新品种是全球水稻育种面临的重要挑战。水稻作为我国最重要的粮食作物之一，为国家粮食安全提供了重要保障。落粒性是水稻驯化过程中最重要的性状之一，离层是控制水稻落粒性的重要部位。与野生稻相比，栽培稻的离层发育不完整，导致其落粒性降低。落粒性不仅会影响粮食产量，同时也影响其对机械化收割的适应性。因此，培育落粒性适中的水稻新品种成为解决这一问题的主要方法。在生产上，为了培育落粒性适中的水稻品种，需要对重要落粒基因进行挖掘与利用，并将其导入优良水稻品种中进行遗传改良，从而获得适应于机械化收割的水稻新品种。前人通过图位克隆等方法克隆了多个落粒基因，如SH4/SHA1、qSH1、OsSh1/ObSH3等，并对其功能机制进行了解析。同时，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术、γ射线诱变技术和基因导入等方法，成功创制了一批落粒性适中的水稻新材料。落粒性对粮食产量和水稻的收获方式有重要影响。本文从水稻落粒性的鉴定方法、生理基础、落粒性基因的克隆，以及落粒性遗传调控网络等方面进行了综述，同时，提出通过在优异的水稻种质资源中对落粒基因进行利用，为探索水稻落粒性的遗传机制和选育适用于水稻机械化收获的水稻新品种提供参考。
【目的】实现玉米养分高效利用的遗传改良是保障国家粮食安全的重要途径。挖掘玉米氮高效QTL与相关候选基因可为提高玉米氮肥使用效率，为培育高产高效玉米品种提供理论基础。【方法】通过对KA105/KB024构建的重组自交系群体在不同氮素处理下的籽粒产量以及氮肥偏生产力、耐低氮系数、氮肥农学利用效率进行QTL定位分析，同时，结合亲本KA105在苗期低氮水平下的转录组数据筛选差异表达基因，利用共表达分析挖掘玉米氮效率候选基因，并利用qRT-PCR对筛选到的候选基因进行验证。【结果】通过定位分析，共检测到36个分布在不同染色体上的QTL，可解释1.63%—17.26%的表型变异。其中，鉴定到8个表型变异解释率超过10%的主效QTL，7个在不同性状或环境下共同被鉴定到的遗传稳定QTL。其中，位于第1染色体的qNNGYP1在前人研究中被多次检测到，其表型解释率可达11.73%，不同环境下多个QTL（qNNGYP1和qPFPN1）在此区间内被检测到，可作为重点区段进行更进一步的研究。结合苗期低氮胁迫下转录组数据，在QTL区间内共筛选到39个差异表达基因，进行共表达网络预测后，鉴定到6个节点基因作为候选基因，qRT-PCR结果显示，在2种氮处理下，候选基因的表达趋势与转录组数据相同。其中，GRMZM2G366873参与生长素稳态的调控，可能通过生长素信号转导参与玉米低氮胁迫、干旱胁迫与硼胁迫的响应，并调控玉米穗长；GRMZM2G414192参与光合系统对低氮胁迫的响应，其蛋白含量受油菜素甾醇调控；GRMZM2G414043与玉米粒长及生物量相关；GRMZM2G040642可能参与氮的远距离信号传导。【结论】检测到36个QTL，分布于第1、4、5、7、8和9染色体上，其中，包含8个主效QTL（PVE>10%）。筛选到GRMZM2G366873、GRMZM2G414192、GRMZM2G414043、GRMZM2G040642可作为玉米氮效率候选基因。
【目的】玉米籽粒大小和粒重是影响其产量的重要因素。EIN3/EIL基因家族是乙烯信号转导途径中的关键转录因子，解析EIN3/EIL家族基因ZmEIL9在玉米籽粒发育中的生物学功能。【方法】利用生物信息学和RT-qPCR分析ZmEIL9在玉米籽粒发育中的表达特征，对ZmEIL9及其同源基因进行多序列比对，利用邻接法构建其系统进化树，分析ZmEIL9编码蛋白序列特征，对目的蛋白进行亚细胞定位。筛选ZmEIL9的玉米Mu转座子插入突变体和CRISPR/Cas9编辑突变体，鉴定突变体和对照的农艺性状表型，分析籽粒灌浆速率，测量淀粉粒、蛋白含量等籽粒储藏物质。【结果】根据玉米中EIN3/EIL家族成员，系统进化树分析显示，ZmEIL9编码蛋白与ZmEIL1、SbEIL1亲缘关系较近。玉米自交系B73籽粒转录组数据库中，ZmEIL9在籽粒发育早期和晚期表达量较高，但在自交系N04籽粒发育中期和晚期表达量较高。在自交系丹232和N04中ZmEIL9编码644个氨基酸，自交系B73中编码642个氨基酸；亚细胞定位表明，ZmEIL9编码蛋白定位于细胞核中。获得不同Mu转座子插入位点的ZmEIL9突变体，以及发生氨基酸移码突变的CRISPR/Cas9编辑突变体，表型分析表明，ZmEIL9的Mu转座子突变体和编辑突变体的株高、籽粒粒长和百粒重均比对照显著降低。对不同发育时期玉米籽粒干重进行分析，显示Zmeil9突变体的籽粒灌浆速率小于野生型。扫描电镜观察显示，Zmeil9突变体比野生型成熟籽粒中的淀粉粒明显变小，并表现不规则形态；进一步分析表明，Zmeil9编辑突变体籽粒中总淀粉含量和醇溶蛋白浓度均显著低于野生型。【结论】ZmEIL9在玉米籽粒发育过程中起重要调控作用。
【目的】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】以‘广东香水’柠檬为原料制作的茶饮深受消费者喜爱，但其果实香气轮廓、主要香气活性成分及生物合成关键基因尚需解析。本研究采用代谢组学结合感官评价的分子感官技术对‘广东香水’柠檬香气品质形成的物质基础及关键基因进行探究，为‘广东香水’柠檬香气品质研究奠定基础。【方法】使用GC-MS对云南巍山、广东云浮及广西梧州3个不同产地的‘广东香水’柠檬挥发性物质进行检测，并组织感官评价小组对不同产地样品香气品质进行评估。利用气相色谱-嗅闻-质谱联用（GC/O-MS）结合香气提取物稀释分析（AEDA）、香气活性值（OAV）分析和香气重构的方法对‘广东香水’柠檬香气活性物质进行鉴定，进一步确定其特征香气化合物。并基于基因家族分析，挖掘呈香物质合成相关基因。【结果】在‘广东香水’柠檬的黄皮层、果肉和切片中分别鉴定到了40、21和33种挥发性物质，黄皮层、果肉组织中含量最高的样品分别来自云南巍山、广东云浮。香气感官属性方面，来自云南巍山和广东云浮的‘广东香水’柠檬切片香气强度显著高于广西梧州的样品，更受消费者喜爱；而广西梧州的样品整果香气品质比其他地区样品更佳。采用溶剂辅助风味蒸馏萃取（SAFE）等方法对云南巍山‘广东香水’柠檬的精油进行了提取，在‘广东香水’柠檬精油中共鉴定出25种香气活性物质，结合OAV分析和香气重构试验，进一步确定香茅醛和柠檬醛是其特征香气化合物，并构建其香气风味轮。基于保守结构域鉴定和Blast比对，在‘广东香水’柠檬基因组中鉴定到52个可能参与呈香物质合成的萜烯合酶（TPS）基因。【结论】挥发性物质谱和感官评价表明云南巍山的‘广东香水’柠檬切片香气品质较优，以该地区样品为研究材料，共鉴定到25种香气活性物质，其中香茅醛和柠檬醛为‘广东香水’柠檬的特征香气化合物，d-柠檬烯为其提供背景香味。结合定量描述性分析和GC/O-MS收集的气味特性，构建了以“果香”“木香”“药香”“辛香”“花香”和“青草味”6大类包含15个香气描述词的‘广东香水’柠檬香气风味轮，挖掘到可能参与呈香物质合成的52个TPS基因。
【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】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】分析2000—2020年四川小麦品种的产量及产量相关性状变化趋势，为四川小麦品种的产量遗传改良提供参考。【方法】2019—2022年，采用小区试验设计，测定2001—2016年以来145份四川省审定小麦品种及2000—2020年以来的60份高产小麦品种（四川省历年区试中产量位于前列的品种）的产量及产量相关性状，进而分析2000—2020年来四川小麦育成品种的产量及产量相关性状的变化趋势。【结果】145份2001—2016年四川小麦品种产量年均遗传增益为37.20 kg·hm-2或0.66%，穗粒数和单位面积有效穗数呈增加趋势，千粒重和株高呈降低趋势。相关分析表明，单位面积有效穗数和产量呈极显著正相关，通径分析表明，单位面积有效穗数的持续增加（年均增加0.42×104/hm2或0.13%）是145份2001—2016年四川小麦品种产量潜力提升的主要因素；60份2000—2020年四川高产小麦品种产量年均遗传增益为61.10 kg·hm-2或0.89%，单位面积有效穗数呈增加趋势，株高呈降低趋势，穗粒数和千粒重几乎无变化。相关分析表明，产量与单位有效面积穗数呈显著正相关，通径分析表明，单位面积有效穗数的持续增加（年均增加1.80×104/hm2或0.51%）也是60份2000—2020年四川高产小麦品种产量潜力提升的主要因素。【结论】近20年来，四川省小麦产量遗传改良育种取得一定进展，尤其是高产育种产量改良效果显著，四川省小麦品种产量水平正在逐步提升，单位面积有效穗数的持续增加是四川小麦品种产量潜力提升的主要因素。在产量要素中，高穗粒数和千粒重是四川小麦高产的重要基础，但其遗传改良处于瓶颈期。在此基础上，增加单位面积有效穗数是四川小麦产量进一步提升的关键。
规律间隔成簇短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR）相关蛋白（CRISPR-associated protein, Cas）基因编辑技术不仅引发了生命科学领域的革命性发展，还在农业领域带来了翻天覆地的变革。作为CRISPR基因编辑系统的重要分支，CRISPR-Cas12a系统凭借其独特的分子特征，在生物育种和疾病诊断领域展现出区别于经典CRISPR-Cas9系统的应用潜力。相较于II型Cas9系统，V型的Cas12a蛋白只有一个RuvC-Nuc核酸酶结构域，与Cas9蛋白的HNH-RuvC双核酸酶结构域形成鲜明对比。Cas12a切割靶DNA产生交错型双链断裂（double-stranded DNA break，DSB），并保留了CRISPR RNA（crRNA）和Cas12a的“R环（R-loop）”。R环的保留是CRISPR-Cas12a基因编辑系统拥有“附带切割”特性和开发核酸和小分子检测技术的结构基础。Cas12a识别富含胸腺嘧啶的原间隔区相邻基序（protospacer adjacent motif，PAM），是CRISPR-Cas基因编辑系统的有效补充，其依赖crRNA的自主加工能力显著区别于Cas9的反式激活CRISPR RNA（tracrRNA）依赖系统，在多基因同步编辑方面展现出更大的优势。Cas12a的以上特性使其在农作物遗传改良中取得突破性进展——已成功培育出抗病、高产的商业化农作物品种。在基础研究方向，失活的Cas12a（dCas12a）与转录调控或表观修饰元件融合表达，可实现不产生DSB的精准基因表达调控；其与等温扩增技术联用可实现疾病的可视化检测。本文从V型Cas蛋白的分类、Cas12a在细菌内的作用原理和Cas12a与crRNA复合体的功能结构域等方面系统地介绍了CRISPR-Cas12a基因编辑系统；从靶向RNA的加工原理、Cas效应蛋白的功能结构、基因编辑的效果和应用4个方面对比了CRISPR-Cas12a和CRISPR-Cas9两套基因编辑系统；从基因调控、表观修饰和碱基编辑3个方面阐述了CRISPR-dCas12a和CRISPR-dCas9激活和抑制系统；从核酸、蛋白质和小分子3个方面阐述了CRISPR-Cas12a系统在分子检测领域的作用原理；从基因调控、碱基编辑、物质检测、疾病诊断和生物育种几个方面系统阐述了CRISPR-Cas12a在农业生产中的应用。随着引物编辑等更加安全的非DSB依赖技术的发展，CRISPR-Cas12a系统将在作物精准育种、畜禽遗传改良和临床快速检测等领域发挥更重要的作用，为应对全球粮食安全挑战和传染病防控提供创新性解决方案。
【目的】为创新水稻绿色丰产优质高效的无人化旱直播栽培技术提供理论依据和技术支撑。【方法】于2020-2022年连续3年，以中熟中粳优质稻南粳5718为材料，以无人化毯苗机插和常规毯苗机插为对照，对3种栽培方式下水稻生育进程、产量形成、稻米品质特征和经济效益进行比较研究。【结果】（1）小麦收获后，较对照提前2—3 d进行无人化旱直播，水稻全生育期将缩短12—13 d，其中播种至拔节阶段生育期缩短是全生育期缩短的主要原因。（2）2020—2022年，无人化旱直播水稻年平均产量为10.5 t·hm-2，与常规毯苗机插相比增产3.0%,但二者差异不显著；与无人化毯苗机插相比，显著减产5.4%，减产的主要原因是每穗粒数减少导致总颖花量的减少，以及抽穗至成熟阶段干物质积累和转运能力下降。（3）与常规毯苗机插相比，无人化旱直播水稻加工品质、直链淀粉含量和蛋白质含量均降低但差异不显著；垩白粒率和垩白度显著降低；食味值增加但差异不显著。与无人化毯苗机插相比，无人化旱直播水稻整精米率、垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量均显著降低；蛋白质含量降低但差异不显著；RVA峰值黏度增高，食味值显著增加。（4）无人化旱直播模式下水稻种植成本降低，净收益较无人化毯苗机插和常规毯苗机插分别增加了1.15×103和0.93×103 元/hm2。【结论】麦茬无人化旱直播可以实现水稻丰产与增收协同，同时改善了稻米外观品质和蒸煮食味品质，后续仍需进一步优化无人化旱直播栽培技术，以提高水稻群体颖花量，促进灌浆结实期干物质积累和各器官干物质向穗部转运，最终实现智慧化水稻丰产优质高效协同的目标。
【目的】黄龙病（Huanglongbing，HLB）是一种毁灭性柑橘病害，主要由韧皮部杆菌属亚洲种（Candidatus Liberibacter asiaticus，CLas）侵染引起。本研究旨在探究侵染初期CLas在柑橘毛状根中的增长规律，优化发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）介导的黄龙病抗性快速评价体系并应用于抗菌肽的抗性评价。【方法】基于植物表达载体pGNGM1300，通过发根农杆菌K599介导的毛状根转化体系转化不同柑橘品种，筛选毛状根诱导快、转化率高的品种；接种CLas后，利用实时荧光定量PCR（real-time quantitative PCR，qPCR）对毛状根中的CLas进行定期检测，揭示其增长规律；在优化黄龙病抗性评价体系的基础上，通过CLas和相关基因的（RT-）qPCR、胼胝质含量检测、显微结构观察和症状观察等开展抗菌肽的黄龙病抗性评价。【结果】供试的11个柑橘品种中，香橼（Citrus medica）的毛状根诱导最快（15 d）、诱导率最高（73.75%），并且毛状根中转基因阳性率高（53.54%）。qPCR定期监测结果显示，在接种后第20—30天（days post inoculation，dpi），CLas开始在根中定殖；在30—50 dpi，CLas含量呈显著上升的趋势；CLas含量在60—120 dpi时略有波动，但与50 dpi时差异不显著。抗菌肽MaSAMP（stable antimicrobial peptide）、HBD-4（homo sapiens defensin beta 4）和CB（cecropin B）的抗性评价结果分析显示，在50—120 dpi，MaSAMP和CB表达植株中CLas含量均低于对照，且差异显著，除90 dpi外HBD-4表达植株中CLas含量也显著低于对照。3种抗菌肽表达植株中的胼胝质含量均显著低于对照（60 dpi），韧皮部细胞壁增厚不明显，未出现明显的淀粉粒和胼胝体沉积，并且均未发现根部死亡等现象（90 dpi）。【结论】揭示了侵染早期CLas在柑橘毛状根中的增长规律；优化了发根农杆菌介导的黄龙病抗性快速评价体系；明确转基因过表达抗菌肽MaSAMP、HBD-4和CB可显著抑制CLas的增殖，减少胼胝质沉积，减轻黄龙病症状，具有用于黄龙病防控实践的潜力。
【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】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】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】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】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】由于半糯米具有云雾状半透明的外观特性，目前行业中缺乏行之有效的评价方法，因此，构建半糯米外观品质评价方法，并对半糯米外观品质进行等级分类，为半糯米产业的规范与发展提供技术支持。【方法】参照GB/T 15682—2008《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》，利用人工评价方式获取半糯粳稻的外观品质评分，同时，测定半糯米的各类外观指标，包括垩白、透明度、粒型、色空间相关指标。使用皮尔森相关性系数、最大相关性最小冗余性、竞争自适应重加权采样、交集特征选取方法分析垩白、透明度、粒型、色空间相关指标与半糯米外观感官评分的关系，筛选出能决定半糯米外观品质的核心指标用于构建半糯米外观评分估测模型，并进行验证。最后使用此模型估测长三角地区半糯米外观品质的整体情况并按照估测分数的优劣进行等级划分。【结果】通过比较4种模型的估测精度与稳定性，发现交集特征选取方法筛选出的垩白米透明度（X4）、整体透明度（X6）、垩白度（X9）、L*(X10)这4个指标构建的半糯米外观评分估测模型Y=5.68＋0.17X4＋0.19X6-0.03X9-0.12X10的准确度与稳定性最高，同时，此模型包含的指标数最少，其模型验证的决定系数（R2）为0.86，模拟均方根误差（RMSE）为0.32。在使用此模型估测长三角地区3个稻作区绝大部分半糯米的外观分后，发现长三角地区半糯米材料前20%、20%—50%、50%—90%、最后10%的外观评分范围分别是大于0.23、-0.48—0.23、-1.68—-0.48、小于-1.68，在实际应用中可以代表半糯米外观品质的4个等级：一级、二级、三级、等外。同时发现不同外观等级半糯米的粒型指标、垩白指标、透明度指标、色空间指标存在显著梯度差异，但其数值范围之间存在不同程度的交叉。【结论】利用垩白米透明度（X4）、整体透明度（X6）、垩白度（X9）、L*(X10)这4个指标可以建立有效的半糯米外观估测模型：Y=5.68＋0.17X4＋0.19X6-0.03X9-0.12X10。参照长三角地区半糯米各外观等级的外观评分范围，可以快速通过外观估测评分确定单个半糯米材料外观的优劣情况。通过外观估测模型对半糯米进行综合评价，有利于兼顾半糯米不同外观表型，能够准确反映半糯米外观的实际情况。
【目的】基于当前“双碳”战略目标，厘清农业净碳汇现状特征、时空格局及其影响因素，为加快推进农业增汇减排提供重要支撑。【方法】在科学重构指标体系的基础上，利用碳汇/碳排放因子法对中国农业净碳汇进行测算并分析其现状特征；而后运用空间自相关模型探讨其空间依赖性与空间异质性；最后利用最小二乘法剖析影响农业净碳汇强度变化的主要因素。【结果】2005—2022年中国农业净碳汇总量虽存在一定年际波动，但整体上升趋势明显，结合其演变特征可大致划分为“持续上升”“波动下降”“快速上升”与“缓慢上升”4个阶段；农业净碳汇强度同样处于上升态势仅演变轨迹略有区别，结合其增速差异可大致划分为“持续较快增长”“缓慢增长”“波动起伏”与“缓慢增长”4个阶段。2022年农业净碳汇量省际差异较大，且以内蒙古居首，上海最末，相比2005年所有省份均显著增加；2022年农业净碳汇强度以河南居首，青海最末，相比2005年所有省份均有不同程度提升。中国省域农业净碳汇强度整体表现出明显的空间依赖性，同时也存在局部空间聚类现象，超过7成省份呈现出明显的空间集聚特征，且位于高-高集聚和低-低集聚的省份数量正趋于接近。耕地利用结构、城镇化水平、农村居民收入水平和农业内部产业结构均对农业净碳汇强度产生显著影响。具体表现为粮食作物播种面积占比越高、或城镇化率越高、或农村居民收入水平越高、或种植业与畜牧业占比越大，农业净碳汇强度越高。【结论】中国农业净碳汇总量与强度均处于波动上升态势，且省际间差异明显；中国农业净碳汇强度表现出明显的空间依赖性与空间异质性；农业净碳汇强度受耕地利用结构、城镇化水平、农村居民收入水平和农业内部产业结构等因素的影响。应通过建立健全低碳农业发展政策支持体系、强化省际交流与合作、加大财政支农资金投入力度等措施推进增汇减排，促进农业净碳汇量的提升。
【目的】研究一次灌溉和氮肥运筹对旱地冬小麦（简称小麦）籽粒产量和加工品质的影响。【方法】于2020—2022年，在黄土高原和黄淮海平原交汇处典型旱作麦区的河南省洛阳市孟津、伊川和洛宁县设置裂区试验，灌溉水平为主处理，分别为全生育期不灌溉（I0）和返青后基于土壤水分一次灌溉（I1，小麦返青后0—40 cm土层土壤含水量第一次低于田间持水量的60%时，补灌至田间持水量的85%，全生育期仅灌溉一次）；氮肥运筹为副处理，设置N0、N120、N180和N240 4个水平，其氮肥用量分别为0、120、180和240 kg·hm-2，施氮时期I0下全部基施，I1下50%基施、50%随灌溉追施。测定小麦籽粒产量、锌含量、蛋白质及其组分含量和主要加工品质指标。【结果】与I0相比，I1使小麦籽粒产量显著增加11.5%—73.0%，蛋白质产量显著增加9.1%—57.0%，增幅多随氮肥用量的增加而增加，且2020—2021年度高于2021—2022年度；除2020—2021年度伊川试验点球蛋白含量无显著影响外，小麦籽粒锌含量、蛋白质及其组分含量以及加工品质多表现为显著下降，其中，锌含量降低5.0%—13.8%，清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量分别降低4.5%—14.1%、6.4%—17.3%、2.3%—24.8%和8.0%—13.9%，面团形成时间、稳定时间、湿面筋含量、沉降值、延伸性和最大阻力分别降低5.3%—23.2%、8.5%—51.1%、2.0%—13.3%、4.5%—18.1%、4.6%—12.2%和3.3%—10.6%。随着氮肥用量的增加，I0下小麦产量先增加后降低、蛋白质产量先增加后稳定，I1下产量先增加后稳定、蛋白质产量持续增加；2种灌溉水平下小麦品质指标多表现为先增加后稳定，N240和N180无显著差异，但多显著高于N120，N120亦多显著高于N0。从互作效应看，灌溉水平和氮肥运筹互作对小麦产量和蛋白质产量均具有显著影响，但在多数品质指标上并无交互作用。I1N180处理的小麦产量和品质总体表现较优，其中与I1N240相比籽粒产量无显著差异，而蛋白质产量显著降低3.9%—4.9%，但二者均显著高于其他处理。虽然I1N180的籽粒蛋白质及其组分含量、加工品质多显著低于I0N180和I0N240，但其较I1N240均无显著降低。【结论】返青后基于土壤水分一次灌溉配施氮肥180 kg·hm-2且50%氮肥随灌溉追施的I1N180组合，能在提高产量和蛋白质产量的同时兼顾品质，适宜在高标准农田建设后满足一次灌溉条件的旱作区小麦生产中推广应用。
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】根结线虫病已成为制约我国设施农业发展的重要影响因素，其中以南方根结线虫（Meloidogyne incognita）危害最为严重，目前我国杀线虫剂类型较少，为实现新剂型创制，本研究基于静电纺丝技术制备氟吡菌酰胺纳米纤维剂，评价其对南方根结线虫的生物活性，以丰富作物根结线虫病高效防治药剂剂型类别，拓展纳米纤维剂应用场景。【方法】采用同轴静电纺丝技术，以不同生物可降解材料为壳材，以溶剂化氟吡菌酰胺为芯材，制备两种氟吡菌酰胺纳米纤维剂（Flu@NF）。利用SEM、EDS、TEM、FTIR、TGA等，表征Flu@NF的形貌结构、元素组成、官能组分与热稳定性能；以41.7%氟吡菌酰胺悬浮剂为对照药剂，评价Flu@NF对南方根结线虫2龄幼虫（J2）与卵的生物活性。【结果】在高压+15 kV，芯-壳溶液流速比1﹕4，与接收器边距24 cm的条件下，成功制备了以聚乙二醇（PEG）/聚己内酯（PCL）与醋酸纤维素（CA）为壳材的PEG/PCL-Flu@NF与CA-Flu@NF，平均直径分别为316与440 nm，且两种载药纤维符合芯-壳的内外微观结构，壳层厚度分别为71.15和24.84 nm，载药量分别为15.32%与20.37%，经壳材包覆后，氟吡菌酰胺的热稳定性显著提高。相较于氟吡菌酰胺悬浮剂，载药纤维的缓释性能显著提高，在不同浓度下，随处理时间的延长线虫死亡率显著提高，于高浓度（25 mg·L-1）处理24 h后，两种纤维剂对2龄幼虫的致死率均高于98%，于低浓度（4 mg·L-1）处理24 h后，两种纤维剂对2龄幼虫的致死率分别为91.4%和79.6%；PEG/PCL-Flu@NF与CA-Flu@NF对线虫卵孵化均具有较好的抑制作用，于高浓度（25 mg·L-1）下处理3 d后卵未孵化率分别为71.8%和89.2%，于低浓度（4 mg·L-1）下处理3 d后卵未孵化率分别为59.4%和76.2%。【结论】基于同轴静电纺丝技术，以PEG/PCL与CA分别为壳材制备的纳米纤维对氟吡菌酰胺具有优异的包覆效果，纤维剂通过缓释作用保护作物根系，对南方根结线虫具有较高生物活性，其在防控根结线虫病的应用方面具有巨大潜力。
【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。
随着基因编辑技术的兴起，基因编辑产品已经从实验室走向产业化应用，2022年农业农村部针对没有引入外源基因的基因编辑植物的安全评价，专门出台了《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》，2023年为基因编辑大豆AE15-18-1颁发了首个生物安全证书，标志着我国正式开启了基因编辑作物的产业化进程。基因编辑产品不同于传统转基因产品，不含有外源DNA序列，常用的转基因检测策略不适用于基因编辑产品的检测。随着农作物基因编辑产品产业化进程的积极推进，如何高效准确检测是否为基因编辑产品及其编辑特征，是关系到基因编辑产品产业化利用和知识产权保护的重要依据，急需开发适用于基因编辑产品的检测技术。以检测靶标序列是否被编辑为目标，基于PCR、测序等技术开发出了很多检测技术，并广泛应用于产品研发过程中基因编辑产品的筛选。产业化后的安全监管和知识产权保护，不仅要检测样品是否被编辑，还要快速识别待测样品的核苷酸序列特征，确定样品的来源和身份，进而对基因编辑成分进行精准定量，判定是否需要定量标识。目前，对于含有少数几个碱基插入、缺失及单碱基变异等突变的基因编辑产品，难以应用常规PCR或测序等技术进行快速的身份鉴定，更难以对基因编辑成分的含量进行精准定量检测。以快速识别编辑后的DNA序列特征、并精准定量为目标，根据基因编辑产品的分子特征，本文综述了基于凝胶电泳的普通PCR法、基于测序的检测方法、基于实时荧光PCR的检测方法、基于数字PCR的检测方法、基于可编程内切酶的方法，以及基于仪器的检测方法在基因编辑产品检测中的应用及优缺点，以期探索出适用于基因编辑产品的检测和定量策略，为后续基因编辑产品检测方法的开发提供参考。
【目的】黄酮类化合物具有抗炎、抗癌、抑菌等多种功效，是全缘叶绿绒蒿的主要药用成分之一。通过分析全缘叶绿绒蒿不同部位的空间代谢组与转录组信息，挖掘调控黄酮类化合物合成的关键基因，为研究全缘叶绿绒蒿类黄酮合成机制提供理论参考，并为提高类黄酮含量遗传育种奠定分子基础。【方法】以全缘叶绿绒蒿的根、茎、叶和花瓣为材料，对不同部位进行转录组测序，并通过空间代谢组数据分析黄酮类化合物在不同部位中的分布情况，利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定出与黄酮类化合物合成密切相关的关键模块和关键基因。另外，挑选12个基因进行qRT-PCR，验证转录组数据的可靠性。【结果】全缘叶绿绒蒿中黄酮类化合物在不同部位呈现差异积累，花瓣是黄酮类化合物积累的主要部位，同时明确了8种主要黄酮类化合物。转录组测序共获得20 085个表达基因，仅在花中表达的基因有286个，是仅在其他部位中表达基因数量的3.6-4.2倍。利用WGCNA对过滤后的高表达差异基因进行划分，共获得14个共表达模块，确定了关键模块MEturquoise和MEgreen与8个主要黄酮类化合物显著相关（P<0.05）。KEGG分析发现这两个模块基因主要在代谢相关的通路中富集，在黄酮类化合物合成相关通路上也有基因富集，两个模块分别包含了18个和6个与黄酮类化合物合成相关的基因，并从模块中筛选到14个核心结构基因（5个CHS、2个HIDH、2个CCoAOMT以及FLS、CYP75B1、CHI、HCT和CYP73A）和1个转录因子HB2，这些基因多在花瓣或是茎中高表达。qRT-PCR所测基因表达变化趋势与转录组基本一致，表明利用该转录组数据所得出的分析结果可信。【结论】全缘叶绿绒蒿黄酮类化合物积累和基因表达在不同器官间具有显著差异，联合分析筛选到与黄酮类化合物积累密切相关的14个核心结构基因和1个转录因子，这些基因可能在调控全缘叶绿绒蒿不同器官黄酮类化合物的合成和差异积累过程中起到关键作用。
【目的】黄淮海平原是我国典型的冬小麦-夏玉米周年轮作区，研究小麦季播前耕作对夏玉米产量形成的影响，为麦玉轮作模式下优化耕作模式以促进夏玉米高产稳产提供理论依据。【方法】基于6年长期定位试验，设置3种冬小麦播前耕作模式，连年深耕（deep tillage，DT）、连年免耕（no-tillage，NT）和一年深耕两年免耕的轮耕（rotation tillage，RT）。【结果】RT、DT处理较NT处理显著提高夏玉米灌浆期耕作扰动的0—40 cm土层贮水量，RT处理较DT处理高4.89%—11.02%（2022年）和4.43%—6.06%（2023年），RT处理较NT处理高8.16%—16.69%（2022年）和6.78%—17.23%（2023年）。RT处理在玉米灌浆期仍能维持较高叶面积指数，灌浆期前中期RT处理叶面积指数较DT处理增加1.41%—14.28%（2022年）和9.03%—14.46%（2023年），较NT处理增加14.80%—27.56%（2022年）和21.25%—29.39%（2023年）。RT处理花后干物质转移对籽粒贡献率较DT、NT处理提高3.77%、40.36%（2022年）和7.26%、19.91%（2023年）。Logistic方程模拟结果表明3个灌浆阶段的参数大体表现为速增期>渐增期>缓增期，其三粒位表现下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒，3个处理各参数变化均表现为RT>DT>NT，其中RT处理提前达到最大灌浆速率，且平均灌浆速率较DT、NT分别增加6.35%、8.06%（2022年）和6.34%、9.84%（2023年）。RT、DT处理百粒重较NT处理显著提高2.71%、6.03%（2022年）和9.02%、12.56%（2023年），RT处理产量较DT、NT处理显著提高8.92%、14.15%（2022年）和6.25%、19.45%（2023年）。分析产量形成结构方程模型可知，0—40 cm土层贮水量对产量的直接效应和间接效应分别为0.420和0.551，0—40 cm土层贮水量不仅能直接促进产量形成，还能通过地上部生物量以及平均灌浆速率影响产量。【结论】土壤贮水量是提高产量的重要驱动因子，RT能够提高夏玉米灌浆期土壤贮水量，从而增加叶面积指数，延缓叶片衰老时间，增加干物质积累，优化籽粒灌浆特性，促进干物质和籽粒灌浆速率的提高，最终提高夏玉米产量。
【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】以丘陵山地不同种植模式甘蔗主栽品种生产潜力为研究对象，探索品种和机械适应关系，筛选宜机化（适宜机械作业）种植的甘蔗品种并明确其主要特征，为推动丘陵山地蔗区全程机械化提供理论支撑。【方法】选择云南丘陵山地2种不同生态类型蔗区，对桂柳05-136、云蔗05-49、云蔗05-51和云蔗08-1609 4个主栽品种进行全程机械化和全程人工2种种植模式下生产潜力研究。【结果】甘蔗产量和蔗糖分受品种和种植模式影响，其中产量影响显著，机械化种植模式下，云蔗08-1609产量显著高于人工种植模式（P<0.01），云蔗05-51表现相反（P<0.01）；机械化种植模式下，云蔗08-1609蔗糖分略高于人工种植（P>0.05），桂柳05-136和云蔗05-49略降低（P>0.05）。甘蔗下种量和出苗率同时受品种特性和种植模式影响，机械化种植模式下下种量普遍高于人工种植，而出苗率普遍低于人工种植模式；云蔗05-51机械化种植条件下出苗率显著降低（P<0.05），云蔗08-1609出苗率相对较稳定（P>0.05）。甘蔗主要农艺性状同时受品种和种植模式影响，机械化种植模式下，云蔗08-1609有效茎显著高于人工种植模式（P<0.05）；工艺品质性状主要受品种影响。云蔗08-1609在甘蔗机械种植条件下生长潜力更高，表现为产量和有效茎显著高于人工种植，甘蔗蔗糖分略高；云蔗05-51在人工种植模式条件下生长潜力更高，表现为人工种植模式下的产量更高。【结论】不同甘蔗品种对机械种植的适应程度不同，存在宜机化种植和宜人工种植甘蔗品种，在推进机械化种植模式过程中应充分考虑品种的适应性；总之，宜机化种植甘蔗品种应具备在机械化种植模式下的甘蔗产量更高和有效茎更多，且蔗糖分受种植模式影响较小甚至略高于人工种植模式的特征。
Pickering乳液是以固体颗粒为稳定剂的一种新兴乳液，固体颗粒可通过不可逆吸附紧密排列在油-水界面形成单层膜或多层膜，为液滴提供空间物理屏障。相比于传统乳液，Pickering乳液因高稳定性、低毒性、低成本、绿色无污染等优点，受到研究者的广泛关注。Pickering乳液的稳定性受多种因素影响，如固体颗粒性质、浓度、pH、制备方式等，其中固体颗粒的形貌是决定其界面吸附行为及稳定乳液能力的重要因素之一。固体颗粒形貌不同，其吸附于油-水界面稳定乳液的作用方式也不同，主要包括静电相互作用、毛细管力、相互缠结形成三维网络结构等。然而，关于不同形貌固体颗粒对Pickering乳液界面吸附特性的影响，目前尚无系统的深入归纳。基于此，本文综述了近年来国内外用于稳定Pickering乳液的不同形貌固体颗粒类型，包括球形、棒状、线状、片状、立方体、纳米管、哑铃状、椭圆状和盘状等，重点总结了不同形貌固体颗粒稳定Pickering乳液的界面吸附特性，如吸附活性、排列组装行为、颗粒间相互作用及乳液黏度等。基于Pickering乳液的特殊界面吸附性能，阐述了其在活性组分包载递送、脂质替代、界面催化、抗菌等食品领域的应用，并进一步讨论了非球形固体颗粒稳定Pickering乳液研究中存在的问题，分析了用于活性组分包载递送的发展潜力，以期为不同形貌固体颗粒稳定Pickering乳液的深入研究及应用提供参考。
【目的】旨在探究不同旱地土壤中不同类型铁氧化物结合态有机碳含量和性质的差异及其对长期秸秆还田的响应。【方法】基于1990年开始位于我国吉林公主岭和河南郑州的黑土和潮土长期定位施肥试验，选择长期定位试验中的不施肥对照（CK）、单施化肥（NPK）和化肥+秸秆还田（NPKS）3个处理进行。通过连续浸提法获取土壤中络合铁（FePP）、非晶型铁氧化物（FeHH）及晶型铁氧化物（FeDH），探究不同形态铁氧化物及其结合态有机碳的含量差异；结合紫外可见光谱分析，探究铁氧化物结合态有机碳的性质差异。【结果】与CK及NPK处理相比，NPKS处理下黑土有机碳含量显著提高了18.1%和14.9%，潮土有机碳含量显著提高了46.1%和13.3%。两种土壤中FePP含量均低于FeHH及FeDH含量，但络合铁结合态有机碳（OCPP）含量明显高于非晶型铁氧化物结合态有机碳（OCHH）及晶型铁氧化物结合态有机碳（OCDH）含量，可占总铁氧化物结合态有机碳含量的71.4%—93.2%，说明OCPP是铁氧化物结合有机碳的主要存在形态。与NPK相比，NPKS处理黑土中FePP含量显著降低了65.6%，FeHH含量显著降低了17.8%，FeDH含量没有显著变化；潮土中FePP含量显著增加了15.9%，FeHH含量没有显著变化，FeDH含量显著提高了24.6%。NPKS较NPK处理显著降低了黑土中总铁氧化物结合有机碳的含量，其中OCPP降低了11.3%，OCDH增加了53.7%，OCHH没有显著变化，而对潮土中总铁氧化物结合有机碳含量没有显著影响。进一步对每克铁氧化物结合有机碳含量的分析发现，与NPK相比，NPKS处理显著增加了黑土中3种铁氧化物结合有机碳的能力，而对潮土中结合有机碳的能力没有显著影响。FePP主要与疏水性较强、芳香性较弱的大分子有机碳结合，FeHH主要与疏水性、芳香性均较强的小分子有机碳结合，而FeDH主要与一些疏水性及芳香性均较差的大分子化合物结合。【结论】与单施化肥相比，长期秸秆还田后黑土和潮土中晶型和非晶型铁氧化物结合有机碳的含量均显著增加，而络合铁结合有机碳在黑土中显著降低，在潮土中无变化。这是秸秆还田后土壤有机碳水平提升且在土壤类型中存在差异的重要机制之一。
【目的】FWL（Fruit Weight2.2-Like）基因是细胞增殖的负调控因子，不仅调控植物器官发生和大小，也参与调控植株金属离子转运积累及信号转导，解析OsFWL3功能，有助于揭示作物体内微量金属元素转运机制，为减少重金属积累、改善作物品质提供理论支持。【方法】通过生物信息学方法，分析OsFWLs家族基因概况、基因组结构及系统进化树，并预测OsFWL3的时空表达分析。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，获得2个Osfwl3敲除株系，在苗期和灌浆期进行ZnSO4处理，分析处理后的幼苗和籽粒表型，测定Zn等金属元素含量变化，探究OsFWL3对Zn等金属离子转运和积累的影响。【结果】OsFWLs家族基因功能存在一定程度的相似性。OsFWL3在花药和圆锥花序中高表达，暗示其与水稻生殖发育密切相关，突变体Osfwl3的一级枝梗数显著增多，其种子在长度、厚度和百粒重方面显著大于WT。同时，OsFWL3影响水稻幼苗和籽粒中Zn等金属离子的含量和分布，OsFWL3缺失影响Zn、Cd、Mn从植株地下部向地上部、穗下部向穗中部以及稃壳向糙米的竞争性转运。【结论】OsFWL3影响水稻籽粒及植株中Zn等金属元素的积累和转运，对水稻植株生长发育和籽粒大小均起重要调控作用。
【目的】寻求可精确指征甘薯耐旱性的关键指标和方法，筛选并鉴定耐旱甘薯种质资源，为耐旱甘薯种质资源的快速、准确鉴定提供有效方法，为优质耐旱甘薯品种选育提供材料基础和理论依据。【方法】以54份甘薯种质资源为材料进行干旱胁迫试验。设置干旱胁迫和对照2个处理，结合干旱池栽试验和大田试验，探究干旱胁迫对不同甘薯种质资源的生长发育、生理生化、抗氧化代谢、光合特性及产量等方面的影响，分析不同甘薯种质资源对干旱的响应特点，筛选甘薯耐旱性评价的有效指标；综合主成分分析、相关性分析、耐旱系数直接评价法和隶属函数计算综合耐旱性度量值（D值）法进行耐旱性评价，筛选鉴定耐旱甘薯种质资源。【结果】干旱池栽试验结果表明，干旱处理对不同甘薯种质资源的主茎长、地上部鲜重、地下部干重、块根鲜重的影响均达到极显著水平（P<0.01）；通过D值聚类分析筛选出耐旱种质资源8份。大田试验中，与对照相比，不同供试种质资源主茎长、茎粗、分枝数、叶面积指数、叶片相对含水量、叶绿素总量、气孔导度、净光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MAD）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化氢酶（CAT）指标在干旱胁迫下呈现极显著差异（P<0.01）。通过建立回归模型，初步确定了叶面积指数、根尖数、叶片POD、叶片APX、块根Pro、块根SOD、块根CAT、产量8个指标可作为甘薯耐旱性的鉴定指标。根据产量耐旱系数法分级，XN18111-1、20XN18-1、XN1834-11、XN17104-46为耐旱种质资源；根据综合耐旱性评价，XN18111-1、20XN18-1、XN1862-61的D值>0.6，耐旱性强。【结论】通过干旱池栽试验综合耐旱性评价、大田试验综合耐旱性评价和产量评价，最终确定XN18111-1、20XN18-1为耐旱种质资源，可作为耐旱品种育种材料或研究甘薯耐旱机制的理想资源材料。
【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。
