长期以来，天然产物为新型农用化学品的发现提供了重要的来源及灵感。在众多的天然产物中，18β-甘草次酸具有广谱的生物活性，更为新药发现提供了重要的活性骨架。为了拓展18β-甘草次酸的农业用途，制备了一系列新型18β-甘草次酸酰胺衍生物，并评价其抗菌性能。以水稻黄单胞菌、柑橘溃疡病菌、猕猴桃溃疡病菌为测试菌株，采用浊度法测试了目标化合物的离体抗菌活性；采用盆栽实验，评估了目标化合物对水稻白叶枯病的防治效果；采用透射电镜对细菌的表型进行了初步验证；借助活性氧实验验证化合物对病原菌活性氧的干扰效果；结合防御酶实验探究化合物对植物防御酶活性的调控性能。通过抗菌活性实验表明，化合物5k对水稻白叶枯病菌(Xoo)具有较好的离体抑菌活性(EC50 = 3.64 mg L-1)和优异的活体保护活性(54.68%)。进一步通过活性氧实验和表型验证，化合物5k能造成病原菌体内活性氧的过量产生和积累，并进一步破坏病原菌的细胞膜。更值得注意的是,化合物5k能提升包括过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶在内的植物防御酶的活性。实验结果表明，制备的18β-甘草次酸酰胺衍生物能通过破坏病原菌的氧化还原平衡并激活植物的防御系统共同发挥其控制植物细菌性病害的潜力。
茶是世界上最受欢迎的非酒精饮料之一。游离氨基酸，尤其是茶氨酸，是茶汤鲜味的主要组成。然而，关于茶树氨基酸含量变异的遗传基础仍不清晰。因此，基于靶向代谢组学的方法，本研究连续两年检测了174份茶树种质嫩叶的游离氨基酸含量，并通过转录组分析获得了这些种质的基因型。基于代谢表型和基因型，通过全基因组关联研究研究影响茶树鲜叶游离氨基酸含量变异的位点。本研究鉴定到69个-log10 (P-value) 大于 5的位点。功能注释的结果分析显示，支链氨基酸转移酶、谷氨酰胺合成酶、硝酸盐转运蛋白和谷氨酸脱羧酶均可能在氨基酸代谢的过程中发挥重要作用。因此，本研究从中选择了两个显著的位点：谷氨酰胺合成酶（Glu1，P=3.71×10-4；Arg1，P=4.61×10-5）和支链氨基酸转移酶（Val1，P=4.67×10-5；I_Leu1，P=3.56×10-6）。对CsGS和CsBCAT进行基因型分析，选择CsGS的两个等位基因（CsGS-L、CsGS-H）和CsBCAT的两个等位基因（CsBCAT-L、CsBCAT-H）进行功能验证。CsGS-L和CsGS-H过表达提高了转基因植株中的谷氨酸和精氨酸含量；CsBCAT-L和CsBCAT-H过表达促进了缬氨酸、异亮氨酸和亮氨酸的积累。体外酶活性分析发现SNP1054对CsGS催化谷氨酸生成谷氨酰胺的酶活性具有重要影响。此外，CsGS-L和CsGS-H差异调控谷氨酰胺的积累，CsBCAT-L和CsBCAT-H差异调控支链氨基酸的积累。综上所述，本研究的结果将为茶树氨基酸含量变异的遗传基础解析提供新的认识，并为鉴定优质基因以提高茶树氨基酸含量提供理论依据。
ω-3（亚麻酸、二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸）和ω-6（亚油酸、花生四烯酸）多不饱和脂肪酸对人体的健康和正常生理功能至关重要。我们对鸡肉中亚油酸的含量进行了全基因组关联分析 (Genome-wide association study, GWAS)。本研究共鉴定到19个重要SNPs (Single nucleotide polymorphisms, SNPs)，注释到绒毛蛋白样蛋白 (villin like, VILL)、磷脂酶C delta 1 (phospholipase C delta 1, PLCD1) 和氧化应激反应1 (oxidative stress responsive 1, OXSR1) 基因，这些SNPs形成了一个高度连锁的单倍型区间，并解释了亚油酸含量4.5%的表型变异。本研究发现，PLCD1基因表达与亚油酸含量呈负相关，即亚油酸含量低的鸡基因表达量高于含量高的鸡。通路富集分析结果表明PLCD1富集到代谢等通路。同时本研究发现亚油酸含量与挥发性物质（如辛醛等）相关，但与鸡肉中的肌内脂肪和甘油三酯无关。结果表明，PLCD1中存在调节亚油酸含量的关键SNP，它对脂肪沉积没有显著影响，但可能会影响挥发性物质的含量。
利用籼/粳交稻(IJHR)杂种优势是进一步提高水稻产量的有效途径。合理施用氮肥对于充分发挥IJHR杂种优势，实现其巨大产量潜力起重要作用。但是，IJHR产量和氮肥利用率对施氮量的响应及其生理机制仍然不清楚。本研究旨在阐明这一问题。于2018-2019年，选用目前生产上应用的3个水稻品种，即IJHR品种甬优2640、粳稻品种连粳7号和籼稻品种扬稻6号，大田种植，设置6种施氮量（0、100、200、300、400和500 kg hm-2）处理。结果表明，各供试品种的产量均随着施氮量的增加呈现先增加后降低的趋势，甬优2640产量在施氮量为400 kg hm-2时最高，为13.4 t hm-2，连粳7号和扬稻6号产量在施氮量为300 kg hm-2时最高，分别为9.4 t hm-2和10.6 t hm-2。在相同尤其是在较高的施氮量下，甬优2640产量和氮肥利用效率均高于连粳7号和扬稻6号。与连粳7号或扬稻6号相比，甬优2640具有较好的生理性状，如较高的根系氧化力和叶片光合速率，根和叶中较高的细胞分裂素含量，灌浆期茎中同化物较多地向籽粒转运。以上结果说明，无论是在低施氮量还是在高施氮量下，IJHR均能较常规水稻获得较高的产量和氮肥利用效率。IJHR较好的地上部和根系性状是其获得较高产量和氮肥利用效率的重要原因，而IJHR植株中较高的细胞分裂素含量则在响应施氮量中起着至关重要的作用，并有利于其他生理过程。
本研究建立了叶柄长度检测方法，并对EMS诱变冀黄13获得的高光效新种质M657为材料，于2017-2018年度在北方、黄淮、南方共7个地点进行表型鉴定。与冀黄13相比，M657在北方春、黄淮海夏及南方夏种植时矮化、叶柄短表型稳定，M657株高与叶柄长度显著降低，有效分枝数增加，生育期延长2-7 d，单株粒重、百粒重下降；4个短叶柄新品系的选育为大豆株型改良提供了重要的亲本种质，同时证明了利用矮杆短叶柄新种质M657理想株型为耐密、高产大豆新品种的培育的可行性。
本研究首先通过高水分挤压工艺和装备创新，成功制备了与动物肉质地相当的新型植物基肉制品产品。进一步，采集加工过程中75组不同原料特性（X）和工艺参数（W）条件下，蛋白质多尺度结构变化（Yn´）、系统响应参数（S）和产品品质（Z）等数据共8000余条，采用分层增广主成分分析方法（FA-PCA），建立高水分挤压过程纤维结构品质控制模型6套。结果表明，FA-PCA建模方法的R2优于传统主成分分析法（PCA），可实现蛋白质纤维结构的有效调控。相比原料和工艺参数，通过高水分挤压过程中蛋白质梯次性多尺度结构变化预测产品品质效果最佳，证明了蛋白质多尺度结构对于纤维结构控制的重要性。此外，将数学模型与虚拟仿真技术结合，创建了涵盖数据库系统、动态仿真系统和虚拟现实系统等的高水分挤压可视化软件，将错综复杂的挤压过程进行了数字化关联，为实现精准调控和智能制造建立奠定了基础。
本研究通过两年大田试验，以两个高产超级稻品种为试验材料，设置了不施用氮肥、高氮肥投入的当地农民习惯栽培方式、优化氮肥管理措施1和优化氮肥管理措施2共计四种氮肥管理方式。试验结果表明通过控制氮肥投入总量、增加种植密度和优化氮肥追施比例等措施，实现高产优质和氮肥利用率的提高。与当地农民习惯相比，优化氮肥管理分别提高了产量和氮肥偏生产力1.70%和13.06%，提高了籽粒淀粉和直链淀粉含量，显著降低了蛋白质含量。在优化氮肥管理下，支链淀粉短支链A链(DP6-12)和B1链(DP13-25)含量显著增加，淀粉结晶度显著下降，同时淀粉的粘度值增加，淀粉的热力学特性变优，从而提高了稻米的蒸煮与食味品质。以上研究结果表明优化氮肥管理可以缓解高产水平条件下因大量氮肥投入而引起的稻米品质变劣，实现高产优质和氮肥利用率的协同提高的目标，对水稻的高产优质生产具有实践和指导意义。
大豆是典型的短日照作物，对光周期的敏感性决定大豆品种的适宜种植区域。在光周期调控的大豆开花途径中，开花抑制因子E1起主导作用。E1La和E1Lb是E1的同源基因，功能与E1类似。本研究利用RNA干扰（RNAi）技术在大豆品种自贡冬豆中同时沉默了E1和E1La/b基因。结果显示，与受体品种自贡冬豆相比，RNAi株系开花期和成熟期大幅度提前，光周期敏感性明显下降。在RNAi超早熟株系中，开花抑制基因GmFT4的表达水平显著下降，而开花促进基因GmFT2a/GmFT5a的表达水平明显上升。生育期组鉴定结果显示，自贡冬豆的生育期组属于MG VIII，为极晚熟品种，而RNAi株系的生育期组为MG 000，属超早熟新种质，可在中国最北部（53.5°N）的漠河市北极村种植。本研究验证了E1和E1La/b对大豆开花期和成熟期的负调控作用，创制出超早熟大豆新材料，为显著钝化大豆品种的光周期敏感性，大幅度缩短生育期，实现南方大豆种质资源在北方大豆主产区的有效利用，拓宽高寒地区大豆的遗传基础提供了新的途径。
绒毛膜形成期是昆虫卵子发生的最后阶段，在这一阶段，滤泡细胞通过合成分泌绒毛膜蛋白，转移至发育的卵母细胞表面沉积形成卵壳，为胚胎发育提供保护屏障。目前对绒毛膜基因家族的研究大多集中在模式昆虫，如家蚕和果蝇，在世界性害虫小菜蛾中仍缺少对绒毛膜基因家族的系统鉴定以及其功能分析。因此明确绒毛膜基因家族在小菜蛾基因组上的分布情况及其转录特征，解析绒毛膜基因在小菜蛾卵子发生过程，以及胚胎发育过程中的重要作用，可为小菜蛾的遗传调控提供潜在分子靶标。本研究分析鉴定了小菜蛾绒毛膜基因的数量及染色体定位、分子特征、进化关系及其启动子区的序列特性，基于转录组数据以及qPCR实验，分析了绒毛膜基因在不同龄期和不同组织的表达模式，并基于RNAi揭示了PxCho-1的生殖功能。在小菜蛾中一共鉴定得到15个绒毛膜基因，分为A、B两大类。不同类型绒毛膜基因以成对的方式分布在染色体上。部分绒毛膜基因对，共享一个双向启动子调控区。系统发育分析表明，A、B两类绒毛膜基因具有高度的保守性，并且在对应类别中，小菜蛾绒毛膜基因均具有物种特异性。不同龄期与组织的表达谱与qPCR分析均显示，绒毛膜基因主要在小菜蛾雌成虫中显著高表达，并且在卵黄完全沉积的卵巢内显著高表达，说明绒毛膜基因在小菜蛾雌成虫的生殖发育中具有重要作用，且主要作用于卵子发生后期。抑制PxCho-1基因转录虽然对卵黄沉积没有影响，但会导致卵子变小，孵化率急剧下降，同时导致卵子内卵壳柱状层的排列松弛，以及外卵壳绒毛变短。本研究为探索小菜蛾雌性生殖调控机制奠定了理论基础，有利于筛选潜在的小菜蛾遗传防控分子靶标。
打顶是棉花栽培广泛应用的农艺措施由于其无限生长的习性。在不同的打顶方法中，人工打顶似然费时费力，但在黄河流域应用较为普遍。本研究旨在研究不同打顶处理对棉花发育、产量和品质的影响。本研究为两年（2015-2016）大田实验，设置三种打顶方式：人工打顶（MT），化学打顶（CT）（缩节铵），不打顶（NT）处理。我们发现CT处理的株高、果枝数及上部果枝长度要显著低于NT处理。CT处理的叶绿素含量与NT处理相比无显著差异，在生育后期要高于MT处理。CT处理通过降低赤霉素和脱落酸含量来促进棉株发育，并且抑制了主茎的顶端发育。和MT处理相比，CT处理显著增加了营养器官的生物量。最重要的是，CT和MT处理间的产量和品质并无显著差异。上述结果表明，化学打顶是一种简便、有效的打顶方法，可在我国黄河流域代替人工打顶。
番茄褐色皱果病毒（tomato brown rugose fruit virus，ToBRFV）是2015年首次报道的一种烟草花叶病毒属病毒，是番茄安全生产的严重威胁。该病毒已经传播到美洲、亚洲和欧洲的十个国家。2019年，ToBRFV在中国山东发生。本论文旨在明确ToBRFV山东分离物（ToBRFV-SD）的症状、寄主范围和分子特性，并建立一种有效的检测方法。田间调查ToBRFV-SD在不同品种的症状表现。将ToBRFV-SD接种辣椒、本氏烟、马铃薯、茄子、中烟102和50个番茄品种，鉴定其寄主范围。分段克隆ToBRFV-SD基因组片段，并测定其序列；利用BioEdit version 7.2.6比对ToBRFV所有分离物的全基因组序列，分析序列一致率；利用MEGA version 10.1.5构建系统发育树。根据ToBRFV、烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus，TMV）、番茄花叶病毒（tomato mosaic virus，ToMV）和番茄斑萎病毒（tomato spotted wilt virus，TSWV）等四种番茄重要病毒基因组的保守区域设计特异性引物，建立四重RT-PCR检测体系。ToBRFV-SD在番茄叶片引起不同程度的花叶和疱斑，在花萼和花梗上引起坏死，在番茄果实上引起畸形、黄斑和褐色皱缩坏死斑。ToBRFV-SD可侵染番茄、辣椒和本氏烟，隐症侵染马铃薯、茄子和烟草品种中烟102。测试的50个番茄品种均不抗ToBRFV-SD。ToBRFV-SD和以色列分离物ToBRFV-IL基因组的核苷酸和氨基酸一致率最高。在基于全基因组序列的系统进化树中，所有ToBRFV分离物聚集到一个分枝，与烟草花叶病毒分枝距离较近。随后，我们建立了四重RT-PCR检测体系，能够通过一个RT-PCR反应，同时检测并区分ToBRFV、TMV、ToMV和TSWV。本研究明确了ToBRFV-SD的症状、寄主范围和分子特性，建立了能区分ToBRFV、TMV、ToMV和TSWV四重RT-PCR检测体系，对指导ToBRFV的早期检测和防控有积极作用。
甘蓝型油菜是食用植物油和饲用蛋白的重要来源，然而种子中色素严重影响菜籽油的品质和饼粕的饲用价值。本研究以甘蓝型油菜黄籽母本GH06和黑籽父本中油821构建的重组自交系群体为研究对象，对不同环境下种子（种胚和种皮）色素组份进行QTL定位分析和候选基因的鉴定。结果共检测到94个影响种皮和种胚色素组份含量的QTL位点，44个在种胚中被检测到，50个在种皮中被检测到，分别位于甘蓝型油菜15条不同染色体上。其中包括28个花色素含量相关的QTL，单个QTL可解释2.41-44.46％的表型变异；24个类黄酮含量相关的QTL，单个QTL可解释2.41-20.26％的表型变异；16个总酚含量相关的QTL，单个QTL可解释2.74–23.68％的表型变异；26个黑色素含量相关的QTL，单个QTL可解释表型变异的2.37–24.82％，说明这些性状是由多基因控制的数量性状。同时，在A06，A09和C08染色体上存在多个QTL集中分布的现象，分别包含15个、19个和10个色素相关的QTL，且大多数QTL解释的表型变异>10%被认为是主效QTL。根据甘蓝型油菜“Darmor-bzh”参考基因组注释信息，在被重复检测到的QTL区间内筛选到67个候选基因，通过RNA-seq和qRT-PCR分析结果推断12个差异表达基因可能是参与种子色素合成相关的重要候选基因。本研究结果为甘蓝型油菜种子色素合成遗传机理提供了新的认识并为深入解析甘蓝型油菜粒色形成的分子机制奠定了基础。
萝卜是一种重要的十字花科根菜类蔬菜作物，在其有色的根中有高水平的花青素累积。MYB转录因子(TFs)在植物发育和花青素代谢中起着重要作用，并且PAP1/2能促进花青素生物合成基因的表达。本研究在萝卜基因组中共鉴定出187个RsMYB基因，并将其分为32个亚家族；其中159个RsMYB基因被定位在9条染色体上。在4个不同颜色的萝卜品种肉质根发育阶段，14个RsMYB基因表现出差异的表达模式。一些RsMYB基因在成熟期有色根组织中高表达，这些基因包括RsMYB41，RsMYB117以及与PAP1/2同源的RsMYB132在‘NAU-YH’的红色根皮中高表达，RsMYB65和RsMYB159基因在‘NAU-YZH’的紫色根皮中高表达，表明这些RsMYB基因可能促进萝卜肉质根花青素积累。研究结果为进一步研究萝卜RsMYB基因功能特性提供有价值的信息，并有助于阐明萝卜花青素生物合成的分子机制。
