氮添加通常会刺激氧化亚氮排放，而磷添加对氧化亚氮排放的影响尚无定论，且氧化亚氮排放的潜在机制仍不清楚。我们在青藏高原三种典型高寒草地，即高寒草甸、高寒草原和高寒人工草地上，进行了为期两年的野外实验，以探究氮和磷添加对氧化亚氮排放的影响。结果显示，在三个类型的高寒草地上，单独添加氮均促进了氧化亚氮的排放，而单独添加磷对氧化亚氮排放均无显著作用。氮的添加直接导致高寒草甸氧化亚氮排放的增加，在高寒草原则是通过降低土壤pH值，在人工草地是通过降低硝化基因丰度间接促进氧化亚氮排放。氮和磷共同添加促进了高寒草甸和高寒草原的氧化亚氮排放，但仅在高寒草甸表现出交互作用。磷的添加主要通过促进高寒草甸的植物生长来增加由氮添加导致的氧化亚氮排放。总之，我们的研究结果表明，短期磷的添加不能缓解高寒草地生态系统中氮沉降对氧化亚氮排放的刺激作用，甚至可能进一步加剧氧化亚氮排放。

苹果再植病是一种在同一块土地上反复种植苹果时发生的复杂土壤综合征，其原因包括不同的病原体，其中腐皮镰刀菌Fusarium solani（F. solani）为主要病原菌。F. solani破坏了果园土壤生态系统的结构和功能，抑制了苹果树的生长发育，严重影响了苹果的品质和产量。在本研究中，我们比较了未接种和接种的苹果苗的转录组，发现差异表达基因主要富集于对共生真菌的反应等过程中，包含多个防御素。植物防御素是一种抗菌肽，但其在F. solani 感染过程中的作用尚不清楚。我们对苹果防御素基因进行了全基因组鉴定，鉴定出25个基因具有8个半胱氨酸残基的保守基序。苹果苗接种F. solani后，与对照相比，根表面细胞损伤严重，总根长、根投影面积、根尖、根交叉和总根表面积均存在显著差异。qRT-PCR分析显示，苹果遭受F. solani侵染后MdDEF3和MdDEF25诱导表达。亚细胞定位显示MdDEF3-YFP和MdDEF25-YFP融合蛋白在细胞膜上表达。过表达MdDEF25-YFP融合蛋白提高了苹果对F. solani的抗性，为苹果再植病的预防和生物防治提供了新的策略。

外来入侵蚂蚁是世界范围内最具侵略性、竞争性和广泛的外来入侵物种之一。小火蚁Wasmannia auropunctata是太平洋地区最具威胁性的外来入侵蚂蚁，被列入 "世界100种恶性外来入侵物种"，已经在全世界许多国家和岛屿上建立了种群。最近在我国东南地区发现了小火蚁的野生种群，对我国的农业、经济、环境、和公共健康构成了巨大的潜在威胁。识别小火蚁在我国的潜在地理分布可以明确可能面临入侵风险的地区。因此，我们根据小火蚁的全球分布记录和生物气候变量，利用集合模型预测了气候变化下其在我国的地理分布格局。我们的研究结果表明，在八个物种分布模型中，ANN、FDA、GBM和RF比CTA、GLM、SRE和MaxEnt更准确。ANN、FDA、GBM和RF的平均TSS值分别为0.820、0.810、0.843和0.857，平均AUC值分别为0.946、0.954、0.968和0.979。集合模型的平均TSS和AUC值分别为0.882和0.972，表明集合模型的预测结果比用单一模型的预测结果更可靠。在现代和未来气候条件下，小火蚁在我国的潜在地理分布主要位于南部地区。在气候变化情景下，小火蚁的地理分布有着向高纬度地区转移的趋势。小火蚁在我国的地理分布格局主要受温度变量影响，温度年较差（bio7）和最热季度平均温度（bio10）是影响小火蚁地理分布的重要环境变量。小火蚁在我国南部地区有着广泛的潜在入侵风险区域，因制定小火蚁在我国南方地区的的早期预警、监测、预防和控制策略。

骨干亲本在改良小麦产量和品质利用方面发挥重要作用。研究骨干亲本中某些有益性状的遗传基础将为分子育种提供理论参考。科农9204是具有理想株型、产量潜力高、氮肥利用率高的候选骨干亲本。为了更好地了解其高产潜力的遗传基础，我们对KN9204和它的亲本及其衍生品系进行了高通量全基因组重测序（10×）。通过鉴定双亲本定位群体中优良的产量相关数量性状位点（QTL），构建了KN9204的高分辨率遗传组成图谱，显示了有利基因组片段的亲本来源。小偃693是小麦-偃麦草部分双二倍体，对KN9204的高产潜力贡献很大。本研究对来源于小偃693的4个主要稳定QTL进行了精细定位，并阐述了KN9204关键基因组片段在其衍生品系中的的传递，表明含有有益基因组合的单倍型块和育种者的定向选择都是保守的，选择育种在本研究中被证实。本研究为利用分子设计方法育种高产小麦品种提供了理论参考。

农作物害虫的传播扩散和气候变化下农作物和害虫之间复杂的相互作用威胁着全球粮食安全。窄缘施夜蛾是中国南方新发的马铃薯害虫，在中国马铃薯产区造成马铃薯减产和质量下降，对窄缘施夜蛾的早期预警监测可以对中国的农业生产起到保护作用。本研究利用最优的MaxEnt模型识别气候变化情景下窄缘施夜蛾在中国的潜在地理分布区，为预防窄缘施夜蛾造成进一步危害提供基础。研究结果表明，最优的MaxEnt模型准确性高于默认设置的MaxEnt模型。最冷月最低温度，最干月降水量，最冷季度降水量和人类影响指数对窄缘施夜蛾的潜在地理分布有着显著的影响。窄缘施夜蛾的高度和中度适宜生境主要位于中国东部和南部地区。气候变化情景下，窄缘施夜蛾在中国的潜在地理分布区将会缩小，主要表现为高度适宜生境转化为中度适宜生境。从现代气候条件下到2030年，窄缘施夜蛾的潜在地理分布中心呈向东北方向和高纬度地区迁移的趋势。马铃薯种植区的田间覆膜为窄缘施夜蛾的生存提供了有利的微气候，我们应更加重视窄缘施夜蛾的早期预警工作，防止其在中国冬种马铃薯区域进一步扩散。

深翻秸秆还田在我国东北地区已得到了广泛的应用，可以显著增加土壤有机碳储量，改善底层土壤养分循环功能。土壤微生物普遍被认为是这一过程的关键，但其在深层土壤改良中的作用仍研究有限。本研究于2018年开始，以东北地区棕壤为研究对象，以常规耕作（CT，翻耕深度15 cm）为对照，分析了秸秆浅混还田（SCT，翻耕深度15 cm）、深翻处理（IT，翻耕深度35 cm）和深翻秸秆还田（SIT，翻耕深度35 cm）对土壤微生物群落网络和多养分循环功能的影响。结果表明，深翻秸秆还田改善了土壤多养分循环指数，提高了表层和底层土壤有机碳、全氮、有效氮、有效磷和有效钾等养分含量。与传统耕作和秸秆浅混还田相比，深翻秸秆还田通过减少微生物网络平均连通度和节点数，增加平均路径长度和模块化程度，创造了一个结构相对松散但具有高集中度集群的网络结构。同时随机森林分析发现，平均路径长度和聚类系数是影响土壤多养分循环功能的主要因素。综上，深翻秸秆还田将是改善棕壤养分循环和微生物群落结构的一个有效措施，以上结果也为该地区关于微生物驱动秸秆分解策略提供了重要信息。

木质素代谢在植物对病原菌的防御中起着关键作用，并且在抵御病原菌侵染的过程中总是起到正向作用。因此，解析植物木质素响应病原菌代谢相关抗性基因的遗传机理具有重要意义。本研究以8个陆地棉品系为材料，构建了一个多亲本高世代杂交(MAGIC)群体(n=280)，该群体表现出控制优良性状的等位基因的聚合特征。为了研究木质素对黄萎病的响应(LRVW)，本研究在4种环境下分别建立了人工病圃(ADN)和轮作苗圃(RN)。通过采集和测定棉秆的木质素含量，并将不同环境下ADN/RN木素比值作为LRVW值，结果表明，群体LRVW值表现出较丰富的变异。利用63K芯片获得了9323个高质量单核苷酸多态(SNP)标记，用于MAGIC群体的基因分型，结果显示，SNPs分布于全基因组，平均密度为4.78SNP/Mb，在染色体间的分布范围为1.14 SNP/Mb (ChrA06)~10.08 SNP/Mb (ChrD08)。利用混合线性模型(MLM)对LRVW进行全基因组关联分析，并在两个以上的环境中共同检测到3个稳定的QTL，即qLRVW-A04、qLRVW-A10和qLRVW-D05。结合分析候选基因编码序列变异、诱导表达模式和功能注释，最终在QTL区间选择了两个关键候选基因Ghi_D05G01046和Ghi_D05G01221。这两个基因在编码区都出现了非同义突变，并且都受黄萎病菌强烈诱导。Ghi_D05G01046编码一个富含亮氨酸的延伸素(LRx)蛋白，与拟南芥细胞壁的生物合成和结构有关。Ghi_D05G01221编码Jaz的转录抑制因子，它在茉莉酸(JA)信号通路中发挥作用。综上所述，本研究不仅为陆地棉抗黄萎病育种和QTL定位创造了宝贵的遗传资源，也为解析陆地棉抗黄萎病的遗传基础开辟了新的视角。

亚油酸是一种必需的多不饱和脂肪酸，不能由人类或动物自身合成，只能从外部获得。亚油酸的含量对肉的质量和风味有影响，并间接影响消费者的偏好。然而，影响亚油酸在生物体内沉积的分子机制并不清楚。因为对于亚油酸沉积的分子机制尚不明晰，为了研究影响亚油酸含量的主要效应基因，本研究旨在通过转录组测序（RNA-Seq）和加权基因共表达网络分析（WGCNA）来筛选慢型型黄羽鸡的关键基因。我们为了筛选与慢型黄羽肉鸡中亚油酸含量相关的候选基因，在126天上市日龄时宰杀了399只天农麻鸡，测量了胸肌中的脂肪酸含量，并收集胸肌组织进行转录组测序。通过将转录组测序结果与WGCNA的表型相结合，来筛选候选基因。并对在相关度最高的模块中显著相关的基因进行了KEGG富集分析。在对399个胸肌组织进行基于RNA-Seq的质量控制后，共获得13，310个基因。使用这些基因进行了WGCNA，共得到26个模块，其中有8个与亚油酸含量高度相关的模块。根据|GS|>0.2和|MM|>0.8的标准进行筛选，得到四个关键基因，即MDH2、ATP5B、RPL7A和PDGFRA。KEGG富集后结果显示，目标模块内的基因主要富集在代谢途径中。本研究通过大样本量的转录组分析，发现代谢途径在天农麻鸡亚油酸含量的调控中起着重要作用，并筛选出MDH2、ATP5B、RPL7A和PDGFRA作为影响亚油酸含量的重要候选基因。本研究结果为选择分子标记和全面了解影响肌肉中亚油酸含量的分子机制提供了理论依据，为慢速型黄羽肉鸡的育种提供了重要参考。

本研究于2019-2020年开展了田间试验，研究DPC化控封顶时期和剂量对喷施脱叶催熟剂（50%噻苯•乙烯利悬浮剂，简称TE，2250 g hm^-2）前吐絮率（9月中下旬，药前吐絮率）及TE施用后14天脱叶性状和吐絮率的影响。结果表明，2019年（棉株长势相对正常）晚封顶（T3期，接近生理终止，白花以上节位约为5.0，较当地人工打顶晚7天）与早封顶（T1期，盛花期，较当地人工打顶早7天）和中期封顶（盛花期后7天，与当地人工打顶时间相同）相比，药前吐絮率显著降低5.9%-11.2%；高剂量DPC（270 g hm^-2）封顶与低（90 g hm^-2）、中（180 g hm^-2）剂量DPC封顶相比，药前吐絮率显著降低22.0%。2020年（棉株后期长势偏旺）T3期封顶的药前叶片数虽然少于T1期和T2期，但药后14天的残留叶片数较多，脱叶率较T1和T2期封顶降低23.2%-27.2%；高剂量DPC封顶的药前叶片数与中、低剂量DPC封顶相似，但药后14天的残留叶片数最多，脱叶率较低、中剂量DPC封顶降低15.0%-21.7%。此外，2020年晚封顶主要影响果枝叶片（包括主茎叶）的脱落，而高剂量DPC封顶对果枝叶（包括主茎叶）和营养枝叶片的脱落均有影响。综上，花铃期应用DPC进行化控封顶对棉花熟性和脱叶催熟效果有一定影响，且具体结果与植株生长状态有关。为避免延迟成熟和降低叶片对脱叶催熟剂的敏感性，DPC化控封顶时间不宜过晚，也不宜采用高剂量DPC进行封顶。在黄河流域棉区，建议于盛花期~盛花期后7天左右（当地常年人工打顶时间）应用90-180 g hm^-2 DPC进行化控封顶。

本文利用玉米水培分根体系发现，局部供铵到缺氮根系可以显著诱导ZmAMT1;1a与ZmAMT1;3基因的表达水平。测定¹⁵N标记铵吸收速率与根组织氨基酸含量发现，铵诱导的ZmAMT1s基因表达与根系铵吸收能力及谷氨酰胺含量显著正相关。外界添加谷氨酰胺合成酶抑制剂MSX时，供铵则不能诱导缺氮根系中ZmAMT1;1a与ZmAMT1;3基因的表达，表明铵的同化产物谷氨酰胺，而不是铵本身，负责调控ZmAMT1s基因表达。此外，外界供应不同浓度谷氨酰胺到缺氮根系发现，较低浓度的谷氨酰胺就能够诱导ZmAMT1s基因表达，但高浓度谷氨酰胺却能够抑制其表达。以上研究结果表明，为了严格调节玉米根系铵吸收能力，铵转运蛋白ZmAMT1s基因在转录水平被严谨调控，与根内谷氨酰胺水平密切相关。

本研究通过84天的室内培养试验来揭示秸秆和养分（氮(N)、磷(P)和硫(S)）联合供应下土壤新碳生成的潜在微生物机制。结果表明，与对照土壤相比，单独添加秸秆刺激微生物进行养分开采，这与C:N和C:P酶活的比例降低了8-16%相吻合。随着养分补充水平的增提高，公主岭土壤新碳生成量从1155.9增加到1722.4 mg kg^-1，海伦土壤则从725.1增加到1067.5 mg kg^-1。回归树分析表明β-葡萄糖苷酶（BG）、酸性磷酸酶（AP）、微生物量碳（MBC）和酸杆菌对公主岭新碳生成的相对影响分别为27.8、18.5、14.7和8.1%；对海伦新碳生成的相对影响分别为25.9、29.5、10.1和13.9%。路径分析表明酸杆菌通过调节BG、AP和MBC直接或间接对土壤新碳生成产生积极影响，其中MBC的获取更多受到AP的调节。海伦土壤的新碳生成强度低于公主岭土壤，并且海伦土壤的新碳生成与AP活性直接相关，表明土壤属性（例如SOC和pH值）对土壤新碳生成的重要性。综上，本研究揭示了添加秸秆的土壤中新碳生成与NPS养分补充的响应关系，且土壤新碳生成主要依赖于酸杆菌和变形菌的生长代谢及对BG和AP的调控。

本研究调查了香味和抗寒无核品种选育中不同浓度的多效唑及胚采集时期对胚形成、萌发和成苗率的影响。结果显示，不同浓度的多效唑对不同葡萄品种子房和胚的发育影响不一致。红无籽露×北冰红和昆香无核×泰山-2组合在1.5 mg L^-1多效唑处理下胚形成率最高。红无籽露×北冰红组合在1.0 μmol L^-1多效唑处理下萌芽率和成苗率最高，但红无籽露×昆香无核组合在0.2 μmol L^-1多效唑处理下萌芽率最好。不同的杂交组合取胚时间也不同。火焰无核×玫瑰香最佳取胚时间为授粉后39 d，昆香无核×北冰红为授粉后46 d，红宝石无核×北冰红及奇妙无核×双优为授粉后41 d。另外，向培养基中补充0.5 mg L^-1吲哚丁酸可以帮助畸形苗恢复为正常幼苗并获得生长健壮的子代。研究结果将为利用胚挽救技术选育无核葡萄新品种奠定基础。

针对双季稻高产栽培中存在氮肥用量大的问题，研究了壮秧增密减氮栽培模式对双季稻根系形态生理特性和产量的影响。结果表明，壮秧增密减氮栽培模式对双季稻单株根系形态特征的影响不显著，但对群体根系形态特征的影响显著，显著提高了群体根系鲜重、根体积、根数、根长和根干重。壮秧增密减氮栽培模式对单株根系总吸收面积和根系活性吸收面积的影响也不显著，但在分蘖期、抽穗期和成熟期显著提高了水稻群体根系总吸收面积和根系活性吸收面积。而且，壮秧增密减氮栽培模式显著增加了抽穗期水稻根系伤流强度以及伤流液中可溶性糖含量和游离氨基酸含量。与传统栽培模式（CK）相比，壮秧增密减氮栽培模式下的早稻和晚稻抽穗期根系伤流强度分别比对照高4.37%和8.90%，伤流液中可溶性糖含量分别比对照高12.85%和10.41%，游离氨基酸含量分别比对照高43.25%和37.50%。此外，由于有效穗数和结实率的提高，壮秧增密减氮栽培模式下的双季稻实际产量有所提高，2016年和2017年双季早稻实际产量分别比对照提高9.37%和5.98%，2016年和2017年双季晚稻实际产量分别比对照提高0.20%和1.41%。相关分析表明，不同生育期的大部分根系特征指标与实际产量呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）正相关。

一步法基因组预测方法广泛应用于畜禽育种中，它可以在一个模型中同时考虑有基因分型和无基因分型的个体信息。目前，基于群体水平的全基因组序列数据快速增长，如何在一步法基因组预测中更好地利用序列数据提高基因组预测准确性备受关注。研究表明，通过整合来自公共数据库的生物学先验信息可提高基因组预测的准确性。因此，本研究中对一步法基因组预测模型进行扩展，以探究如何在模型中有效地整合基因组注释信息提高基因组预测的性能。本研究以黄羽肉鸡群体为实验对象，群体共有1338个个体及23个性状，其中895个个体具有填充的全基因组序列数据，包含5127612个单核苷酸多态性（SNP）标记。研究考虑了不同注释信息与模型的组合，提出四种扩展的一步法模型，并与原始的一步法及基于单倍型的一步法模型进行比较。对于整合基因组注释信息的扩展一步法模型，我们根据鸡的基因组注释信息对SNP标记进行映射，在基因区域和外显子区域分别共映射到3155524和94837个SNP标记。随后采用这些映射到的SNP标记依据不同模型的规则构建基因组亲缘关系矩阵并用于基因组预测。研究结果发现，扩展的一步法模型在其中15个性状中优于其它基准模型。相比于原始的一步法模型，扩展的一步法模型预测能力可提升约2.5%~6.1%。此外，为了进一步提升一步法模型利用序列数据时的基因组预测准确性，我们在该群体中研究了参考群基因分型策略。结果显示在大部分情况下按家系均匀选择的策略来对个体进行基因分型优于随机选择的方式。综上，本研究在一步法框架下，扩展了基因组预测模型，使其整合序列数据以及基因组注释信息。验证了合理利用基因组注释信息和填充的序列数据可提高一步法基因组预测模型的预测能力。而且，在利用序列数据的同时，通过最大化参考群体和候选群体之间的期望亲缘关系来进行基因分型可进一步提高一步法模型的预测能力。本研究的创新在于通过序列数据将基因组注释信息整合至一步法模型中，为在一步法基因组预测方法中有效利用序列数据提供了有益参考。

小白菜是一种重要的叶菜。光谱尤其是红光和蓝光在调控硝酸盐代谢中起着重要作用。目前，在转录组水平上红光和蓝光对小白菜硝酸盐代谢的影响研究仍然有限，本研究通过RNA测序技术来探索其分子机制。结果表明，与白光相比，红光和蓝光处理下的差异表达基因(DEGs)分别为3939和5534个。通过 KEGG通路分析和GO分析，发现差异基因主要参与硝酸盐同化、植物与病原体的相互作用、次生代谢产物的生物合成和苯丙素的生物合成。在生理代谢水平上也证实了光谱波长对硝酸盐含量和相关酶活有不同影响。研究发现，Crys/Phys-COP1-HY5/HY5-like等不同的信号转导模块参与了红光和蓝光诱导的硝酸盐代谢，该复合物的转录水平与观察到的硝酸盐积累水平一致。通过qPCR进一步验证了15个随机选取的差异基因表达模式。综上所述，本研究结果为进一步研究光谱在转录组水平上调控小白菜硝酸盐代谢提供了帮助。

随着东北地区土地规模化经营的不断发展，玉米机械化籽粒直收成为大势所趋。籽粒水分是影响机械化籽粒直收效果的重要因素，但影响籽粒脱水速率的因素尚不清楚。本研究于2017-2018年在两个种植密度下对5个玉米杂交种进行了为期两年的田间试验，探究玉米籽粒的脱水规律。结果表明，籽粒破碎率是影响机械化收获质量的主要因素，破碎率与收获时籽粒含水率呈极显著正相关（R²=0.6372，P<0.01）。为满足机械粒收破损率<5％的国家标准，收获时最佳籽粒含水率为22.3％。吐丝至生理成熟过程中，籽粒脱水过程主要取决于积温（生长度日，GDDs）（r=-0.9412，P<0.01），生理成熟期的平均籽粒含水率为29.4％。生理成熟期后，积温与籽粒水分之间仍存在极显著线性相关关系，但相关系数变小（r=-0.8267，P<0.01）。在这一阶段，籽粒脱水过程受玉米品种穗部性状影响较大。具有较小苞叶面积（r=0.6591，P<0.05）、较大果穗夹角（r=-0.7582，P<0.05）、较长果柄（r=-0.9356，P<0.01）和较细果穗（r=0.9369，P<0.01）的玉米品种有利于籽粒脱水。这些性状参数可为培育及选择适宜机械化籽粒直收的品种提供理论参考。

MicroRNAs (miRNAs)是一类长度较小的非编码RNAs（约20-24个核苷酸），近年来被认为是基因表达的关键转录后调节因子，参与了植物多种生理生化过程，如根系生长与发育。miRNAs通过参与应答激素信号、营养吸收和生物/非生物胁迫反应来调节根系的伸长、侧根(AR)形成和不定根(AR)的发育。本文汇总了miRNAs参与调控植物根系生长发育的多方面的研究进展，还讨论了根系生长发育过程中miRNAs发挥功能的若干关键调控机制，miRNAs与转录因子的调控关系，以及与其靶基因介导的激素信号之间的相互调控作用。

硝酸还原酶（Nitrate reductase, NR）是植物体内同化硝态氮的关键酶，其活性受翻译后磷酸化修饰调控。通过分析硝酸还原酶NIA1磷酸化位点定向突变株系（S532D和S532A）、OsNia1过表达株系（OE）及野生型（WT）的表型、氮代谢和活性氧代谢的差异，探究不同形态氮素营养下NIA1蛋白的去磷酸化对水稻生长和生理生化的影响。研究表明，与WT和OE相比，S532D和S532A具有更强的氮素同化能力。以硝酸铵作为氮源时，S532D和S532A的株高、地上部干重和叶绿素含量均低于WT和OE，H₂O₂、MDA和亚硝酸盐含量则较高；以硝酸钾作为氮源时，S532D和S532A的株高、地上部干重和叶绿素含量高于WT和OE，所有株系叶片中的H₂O₂和MDA含量无明显差异，各株系间亚硝酸盐含量差异减小；以硫酸铵作为氮源，除NR活性外，各株系间的其它生理指标均无显著差异。相较于硝酸铵和硫酸铵，以硝酸钾作为氮源时各株系叶片中NH₄⁺-N的含量较低。q-PCR分析表明OsGS和OsNGS1基因表达受下游代谢产物的负调控，OsNrt2.2受硝酸盐诱导表达。综上，硝酸铵作为氮源时NIA1磷酸化位点定向突变株系长势较弱是由于过量积累的亚硝酸盐对自身的毒害；硝酸钾作为氮源时NIA1磷酸化位点定向突变株系对硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐的同化速率加快，能够提供较多的氮素营养，提高了水稻对铵态氮缺乏的耐受性。

在中国南方稻作区，传统的早稻-晚稻双季稻模式（DR）种植面积迅速减少，同时，再生稻（RR）和稻虾（RC）作为两种新兴稻作模式正快速发展。本文采用能值分析法和生命周期评价法评估了稻作模式转变对水稻生产经营经济效益和生态可持续性的影响。经济效益分析结果表明：RC的生产产值和利润远大于RR和DR，RR和RC比DR的产投比分别提高了25.5和122.7%。与DR相比，由于较高的灌溉水、电力、幼虾苗和饲料等生产资料的投入，RC增加了能值投入，而RR则具有较低的总能值和不可再生能值投入，如灌溉水、电力、肥料和农药等。当稻作模式从DR转变为RR或者RC时，水稻生产的环境负载率分别减少了20.4和38.2%，而能值可持续性指标增加了34.8和65.2%。生命周期评价结果表明：RR和RC具有较低的潜在环境影响，它们的综合环境影响指数比DR分别低35.0和61.0%。与DR相比，RR的稻谷产量没有明显下降，但显著减少了经济成本和能值投入，而RC模式下稻谷产量下降严重（与RR相比减少了53.6%）。综上，再生稻模式是一种更有利于全面实现粮食安全、经济效益和生态可持续的种植模式。

了解磷组分特征和影响因素对提高土壤磷利用效率具有重要的意义。基于黑土、潮土和塿土的长期定位试验，选择了五种施肥方式并将其分为三组：无磷肥处理（CK/NK）、平衡施用无机肥处理（NPK/NPKS）和有机无机配施处理（NPKM）。对土壤无机磷组分和土壤性质进行了分析，研究了无机磷组分特征及无机磷组分与土壤性质的关系。结果表明，三种土壤中Ca₁₀-P占总无机磷的比例最高，黑土、潮土和塿土分别为33.5%、48.8%、44.8%。长期施肥导致了土壤无机磷累积或耗竭的周期性变化。NPK/NPKS和NPKM处理下，黑土和潮土在施肥后期（10-20年）的磷累积量高于施肥早期（0-10年），而塿土正好相反。黑土中无机磷的累积发生在全部磷组分中，而潮土主要为Ca₈-P、Fe-P和Ca₁₀-P，塿土主要为Ca₂-P、Ca₈-P和O-P。CK/NK处理下，三种土壤的无机磷耗竭主要发生在施肥早期；除活性无机磷（Ca₂-P）和中活性无机磷（Ca₈-P、Fe-P、Al-P）外，黑土和潮土中的Ca₁₀-P，塿土中的O-P也可被作物利用。冗余分析表明，土壤性质解释了每种土壤90%以上无机磷组分的变化，其中，土壤有机质的解释百分比在黑土、潮土和塿土中分别为43.6%、74.6%、38.2%。总之，在非酸性土壤中施用磷肥时，应考虑磷的累积速率和土壤性质驱动的无机磷组分的变化。

YABBY基因是植物种特有的一类转录因子，它在植物生长和发育中发挥着重要作用。为研究YABBY基因在植物抗逆性中的功能，我们分析了谷子（Setaria italica）YABBY基因家族及它们在植物生长和响应不同非生物胁迫的功能。研究结果发现，8个YABBY基因不均等分布在五条染色体上，它们与其他单子叶植物YABBY基因具有很好的共线性关系。系统发育进化关系将SiYAB划分为四个亚组：FIL/YAB3, YAB2, INO和CRC。其中没有单子叶植物YABBY成员被划入YAB5亚组。 此外，在SiYAB蛋白发现有四个保守基序，基序1构成YABBY结构域，而基序2和3构成C2-C2结构域。表达模式分析发现SiYAB基因在生殖发育组织中高表达。为进一步研究SiYAB基因的功能，选择SiDL基因在拟南芥中进行异源表达。SiDL在拟南芥中的过量表达会导致植物开花延迟、叶片卷曲和种子大小发生改变。 此外，SiDL在植物种负向调控对盐胁迫的响应。我们的研究为进一步研究谷子YABBY基因功能提供了基础。

CO₂是植物光合作用的重要原料，而气孔阻力与叶肉阻力是CO₂扩散进入叶绿体的最大限制因素。植物的气孔导度和叶肉导度对非生物胁迫因子非常敏感，这些因子通过调控羧化位点CO₂浓度来影响光合速率。气孔导度对环境的响应，叶肉导度的内部结构、生化因素限制早已有了相关综述，然而围绕环境因子对植物CO₂扩散的系统调控还未进行归纳和探讨。因此，本文综述了气孔导度和叶肉导度对非生物胁迫因子(如光强、干旱、CO₂浓度和温度)的快速响应和长期应答及其调控的生理机制，并对今后的研究趋势做了进一步展望。

荻草谷网蚜是一种在中国温带地区对小麦作物最具破坏性的蚜虫。但是关于这种蚜虫的遗传结构以及不同地理位置对种群的影响却知之甚少。在本研究中，我们通过使用一个线粒体基因COI，一个核基因EF-1α，以及两个内共生菌布赫纳氏菌基因gnd和trpA分析了中国18个地理种群，从而研究了荻草谷网蚜的种群遗传结构和种群历史动态。各群体的数据分析显示单倍型多样性高，核苷酸变异低。SAMOVA分析没有发现遗传距离和地理距离之间的相关性。然而，种群多样性较高的地区具有较高的单倍型多样性。因此，我们推测，在中国荻草谷网蚜的自然迁移途径主要有两条。一条路径是从云南到四川盆地，另外一条是从武汉、信阳、胶东半岛地区到西北地区。基于这一假设，我们推断这些蚜虫首先出现在西南和南部地区，并在东南和西南季风的帮助下于春夏季在北方发生。秋季，蚜虫随东北和西北季风向南扩散。

遗传连锁图谱在数量性状位点和分子标记辅助选择育种中具有重要意义。枸杞是我国重要的药食同源植物。然而，由于缺乏基因组和遗传资源，枸杞遗传连锁图谱的构建报到很少。在本研究中，采用双假测交理论，以‘北方枸杞’为母本，‘宁夏黄果’为父本杂交获得89株F1群体为试材，利用SSR和AFLP技术构建枸杞的分子遗传连锁图谱。共获得12个连锁群，包含165个标记位点（74个AFLP和91个SSR），覆盖基因组557.6cM，标记间平均图距为3.38cM。每个连锁群的标记数在3~12个，每个连锁群长度为8.6~58.3cM。连锁群上有29个偏分离标记，主要集中LG4和LG9上。这是第一张利用SSR和AFLP标记构建的枸杞属植物遗传连锁图谱，可为枸杞属植物遗传育种改良和辅助基因组组装提供理论依据。

硝酸还原酶（Nitrate reductase, NR）是植物体内同化硝态氮的关键酶，其活性受翻译后磷酸化修饰调控。通过分析磷酸化位点定向突变株系（S532D 和S532A）、OsNia1过表达株系（OE）及野生型（WT）的表型、NR蛋白I（NIA1）及其磷酸化水平、NR活性、硝态氮代谢和活性氧代谢的差异，探究NIA1蛋白的去磷酸化对NR活性、氮代谢和水稻生长的影响。研究表明，S532D和S532A株系中的外源NIA1蛋白不能被磷酸化，其NR活性、NR活性状态和NO₃^--N的同化效率均高于WT和OE。OE中以上生理生化指标均小于S532D和S532A。表明解除转录水平控制对N代谢没有太大影响，而翻译后修饰的解除对N代谢水平有深刻的影响。随着NIA1蛋白磷酸化的解除和硝酸盐同化能力的增强，S532D 和 S532A的株高和叶绿素含量均降低，过氧化氢（H₂O₂）和丙二醛（MDA）的含量升高，这可能与硝酸盐代谢的中间产物亚硝酸盐的过度积累有关。以上结果表明NR的磷酸化可能是水稻的一种自我保护机制，NIA1磷酸化水平的降低能够促进硝酸盐的同化，而磷酸化水平的提高则会降低亚硝酸盐的积累，降低活性氧积累对水稻的毒害作用。

土壤线虫群落能指示土壤食物网结构与功能，对短期秸秆还田等农业管理措施比较敏感。但目前关于不同肥力条件下长期秸秆还田对线虫群落的影响研究较少。基于13年长期秸秆还田试验，本研究通过分析线虫群落结构、食物网指数、代谢足迹，评价了低肥力（不施肥化肥）和高肥力条件下（长期施用化肥）秸秆还田对土壤食物网结构和功能的影响。试验设置4个处理，分别为低肥力条件下秸秆不还田处理和还田处理，高肥力条件下秸秆不还田处理和还田处理。2018年在小麦和水稻收获后取样，取样深度20 cm。结果表明：低肥力条件下，与不还田处理相比，秸秆还田处理线虫总丰度、食细菌线虫丰度、植物寄生线虫丰度、杂食-捕食线虫丰度及占线虫总丰度的比例分别比不还田处理高73.06%，89.29%，95.31%，238.98%和114.61%，高肥力条件下则分别高16.23%，2.23%，19.01%，141.38%和90.23%。在不考虑取样时间和肥力条件下，与不还田处理相比，秸秆还田提高了线虫群落仙农-维纳指数和成熟度指数，表明秸秆还田提高了线虫群落多样性和稳定性。此外，秸秆还田对线虫群落富集指数、富集足迹、食细菌线虫和食真菌线虫代谢足迹影响不显著，但显著提高了植物寄生线虫代谢足迹和结构足迹，低肥力条件下提高了97.27%和305.39% ，高肥力条件下提高了11.29%和149.56%，对结构指数的影响尽管在统计上不显著，但呈现出上升的趋势，这表明秸秆还田对线虫群落的自下而上调节能力较弱，而自上而下调节能力较强。总之，长期秸秆还田主要通过自上而下效应调节线虫群落，提高了线虫群落丰度，改变了线虫群落结构，且在低肥力条件下作用更强。

己糖激酶（HXK）是糖酵解途径中第一个不可逆的催化酶，不仅为植物的生长和发育提供能量，而且还作为响应环境变化的信号分子。但是，HXK基因家族在苹果中的进化模式仍然未知。本研究中，在苹果（Malus×domestica）基因组GDDH13 v1.1中共鉴定出9个HXKs基因，分析了MdHXKs基因的生理和生化特性，外显子-内含子结构，保守基序和顺式元件，亚细胞定位预测结果表明MdHXKs基因主要分布在线粒体、细胞质和细胞核中。基因复制结果显示，全基因组复制（WGD）和片段复制在MdHXKs基因家族扩展中起着至关重要的作用。成对MdHXKs基因的ω值表明，该家族在苹果驯化过程中经历了强烈的纯化选择。此外，对五个亚家族进行了分类，并根据系统进化树分析确定了最近和最老的重复事件，并评估了不同HXKs亚家族之间的进化速率。此外，MdHXKs基因在四个源/库组织和五个苹果果实发育不同阶段的表达模式表明，MdHXKs基因在苹果果实发育和糖积累中起着至关重要的作用。本研究为今后阐明苹果果实发育过程中MdHXKs基因的生物学功能提供了理论基础。

水稻穗型和籽粒大小不仅对产量形成有显著效应，对稻米品质尤其是外观品质也有重要影响。直立穗性状一般由qpe9-1/dep1等位基因控制，已广泛应用于高产粳稻育种，但其稻米的外观品质往往不够理想。GS9是水稻粒形的重要调控因子，该基因突变后可使稻谷适当变细长，从而改良稻米的外观品质。然而，GS9和qPE9-1/DEP1基因都位于第9染色体，两位点紧密连锁，且两者间的互作关系还不明确，这就制约了它们在现代水稻育种中的应用。蛋白和mRNA表达水平的比较分析显示GS9和qPE9-1独立发挥功能。以含有GS9和qpe9-1等位基因的高产粳稻品种2661(GS9/qpe9-1)为背景，创建了3个近等基因系（NIL），分别携带不同等位基因组合，包括NIL(gs9/qpe9-1)、NIL(GS9/qPE9-1)和NIL(gs9/qPE9-1)。结果显示，GS9和qPE9-1对籽粒大小的调控具有加性效应，在含有qpe9-1等位基因的直立穗粳稻品种中导入功能缺失型gs9等位基因，可在不影响株型和穗型的前提下，降低籽粒垩白，改良籽粒外观。此外，在另一推广的高产粳稻品种武育粳27（WYJ27）背景中，导入gs9等位基因，也表现出相同的效应，进一步证实利用gs9等位基因改良高产粳稻品种籽粒外观的可行性。本研究为直立穗粳稻及相关品种稻米外观品质改良提供了有效策略。

本研究首先使用多性状动物模型对4539头杜洛克猪的达100 kg体重日龄（D100）、达100 kg体重背膘厚（B100）和达100 kg体重眼肌面积（L100）性状进行遗传参数估计。进而，利用高密度SNP芯片对其中的1067头杜洛克猪进行基因分型，并使用基于单标记回归的线性模型对其D100、B100和L100性状进行全基因组关联分析。研究发现该群体的D100、B100和L100性状的遗传力分别为0.300、0.215和0.380。与D100性状相关的SNP位点12个，B100性状相关的SNP位点13个和L100性状相关的SNP位点3个，共注释到13个候选功能基因。这些基因是VPS4B、PHLPP1、ENSSSCG00000034988、CDH20、ENSSSCG00000004911、ENSSSCG00000033637、ADAMTS2、NUDT3、RPS10、TSHZ1、TXN2、GRM4和SNRPC。本研究所定位的D100、B100和L100性状相关的SNP与公共数据库（Animal QTLdb，https://www.animalgenome.org/cgi-bin/QTLdb/index）上相关基因组区域重叠。另外，通过对D100、B100和L100性状相关SNP定位的候选功能基因进行富集分析发现，候选功能基因显著富集在酶的调节或抑制活性和代谢相关的生物学进程（校正P值<0.05）。研究结果进一步揭示了杜洛克猪生长和脂肪性状的遗传结构，将为后续优良品种选育提供依据。