Ca2+离子在维持细胞壁以及细胞膜的完整性中具有重要作用，是植物生长和发育中必不可少的矿质营养元素之一。解析Ca2+离子在糖代谢和脂代谢中的作用能够为理解棉花纤维快速伸长阶段细胞膜和细胞壁的动态变化提供有意义的参考。本研究利用胚珠培养系统发现缺Ca2+会促进纤维和胚珠细胞的膨大，但同时也会诱导组织的褐化。RNA-seq差异表达基因分析发现缺Ca2+使细胞处于一个较高的氧化态，并且激活与糖代谢和脂代谢相关的基因的表达。尤其以糖酵解途径变化最为显著，其代谢途径中的9个酶相关的基因上调表达，缺Ca2+处理细胞中的葡萄糖含量显著下降，改变了糖酵解途径的流动。低K+能够恢复缺Ca2+诱导糖酵解途径相关基因的表达以及葡萄糖的含量。采用电喷雾电离串联质谱技术检测了不同Ca2+、K+离子处理条件下细胞中脂质组成分的动态变化。缺Ca2+处理细胞中自由脂肪酸（FA）、二酰甘油（DAG）和糖脂含量降低，三酰甘油（DAG）磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰胆碱（PC）含量增加。低K+与缺Ca2+的互作信号能够恢复FA、磷脂、糖脂含量至正常水平，有效缓解缺Ca2+效应。本研究通过在转录和代谢水平的比较分析，揭示了Ca2+和K+信号互作在维持纤维快速伸长过程中糖酵解和脂代谢中发挥着重要作用。
甘薯小象虫（Cylas formicarius （Fab.）（Coleoptera: Brentidae））是一种以甘薯（Ipomoea batatas（L.）Lam.（Solanales: Convolvulaceae））为食的害虫，每年造成巨大的经济损失。然而，目前还没有找到安全有效的方法来保护甘薯免受甘薯小象甲的侵害。昆虫侵害诱导的植物挥发物（HIPVs）能激活多种防御的生物活性，但它们在甘薯中的形成和防御机制仍未清晰。为了明确甘薯中合成的防御性HIPVs，我们监测了虫侵害过程中甘薯挥发物的释放动态。通过稳定同位素示踪以及转录和代谢水平的分析，揭示了候选HIPVs的生物合成途径和调控因子。最后，对候选HIPVs的抗虫活性和防御机制进行了评估。本研究表明，(Z)-3-己烯基乙酯（z3HAC）和别罗勒烯由甘薯小象甲诱导合成，具有明显的昼夜节律。本文还首次报道了Ipomoea batatas ocimene synthase（IbOS）是别罗勒烯合成路径的基因。昆虫侵害造成的损伤促进了底物 (Z)-3-己烯醇的积累，并上调了IbOS的表达，从而分别导致z3HAC和别罗勒烯含量的增加。z3HAC和别罗勒烯气体分子能激活临近植株对甘薯小象甲的防御能力。本研究提供了关于甘薯防御性挥发物的形成、调控和信号转导机制的信息，对于建立有效的甘薯小象甲防治措施具有重要意义。
冠根系统是玉米营养期和生殖期最重要的根系组成部分。然而，玉米冠根性状的遗传基础及其与地上部农艺性状的关系尚不清楚。本研究以531个玉米优良自交系为研究对象，在不同的田间环境下，对其冠根相关性状和地上部农艺性状进行表型分析。结果表明，根系性状与开花时间、株型结构、籽粒产量等地上部农艺性状呈显著正相关。通过全基因组关联分析（GWAS）结合重测序，共鉴定出115关联位点和22个高置信候选基因。其中冠根与花期和植株构型有46个QTL共定位，因此大约三分之一的冠根性状遗传变异可能要归因于开花时间和植株结构。此外，115个冠根位点中有103个（89.6%）位于已知的驯化和改良选择范围内，这表明冠根在玉米驯化和改良过程中可能经历了间接选择。此外，Zm00001d036901是一个高置信候选基因，其表达可能与玉米冠根的表型变异有关，Zm00001d036901在玉米驯化改良过程中是受选择的。本研究促进了我们对根系结构遗传基础的理解，并为改进玉米根系结构提供了基因组学资源。
次生代谢物质与植物的营养品质和保健功能密切相关。本研究首次收集了国内23个野生石榴和27个栽培石榴的成熟果实，比较分析了不同种质石榴果皮和果汁中黄酮和鞣质的含量差异，并采用液相色谱-电喷雾串联质谱法（LC-ESI-MS/MS）法测定了果汁高黄酮种质‘则拉4’果皮（ZLP）和果汁（ZLZ）中的次生代谢物质。方差分析（P<0.05）表明，不同石榴种质间的黄酮和鞣质含量存在显著差异。Pearson相关分析表明，影响石榴黄酮和鞣质含量的主要环境因子是纬度和海拔。本研究在‘则拉4’果皮和果汁中共鉴定出279种次生代谢物质，其中227种次生代谢物首次在石榴中发现。通过正交偏最小二乘判别分析法，在ZLP和ZLZ中筛选出了90种差异代谢物。本研究还筛选了8种特异性种质资源（果皮高黄酮，‘军拥3’；果皮低黄酮，‘胭脂红’；果汁高黄酮，‘则拉4’；果汁低黄酮，‘豫大籽’，果皮高鞣质，‘军拥4’，果皮低鞣质，‘安巴1’，果汁高鞣质，‘叶巴1’，果汁低鞣质，‘白花玉石籽’。本研究结果可为我国野生石榴资源的开发利用和石榴育种提供参考。
为了阐明海河平原冬小麦春季限制灌溉的最佳时期及其对旗叶衰老和产量形成的影响，2016年至2019年，研究组在河北农业大学辛集试验站进行了不同灌溉模式的田间试验，试验包括两种灌溉模式：对照（CK，分别在3叶展开期和开花期浇水）和单一限制灌溉（SRI），后者又包括3叶展开期（3LI）、4叶展开期（4LI）、5叶展开期（5LI）和6叶展开期（6LI）灌溉。结果表明：（1）与对照相比，4LI处理组在一定程度上衰老进程（用绿叶面积表示）提前，而5LI和6LI处理组之间的差异不显著，衰老发生明显晚于3LI处理组；（2）与其他SRI处理组相比，4LI处理组的GLA值和光合速率分别提高了14.82%和20.1%。旗叶显微结构分析还表明，干旱胁迫下3LI和6LI处理组的叶肉细胞和叶绿体排列不规则，但这种胁迫对4LI和5LI处理组的微观结构的负面影响很小；（3）春季延迟灌溉在籽粒灌浆前期可显著增加超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性，随后酶的活性逐渐降低。在4个SRI处理组中，4LI处理组的总酶活性最高，4LI和5LI处理组的旗叶MDA含量平均比3LI和6LI处理组的MDA含量低14.5%；（4） 可溶性糖（SS）和脯氨酸（Pro）含量以4LI处理组最高，但低于CK组。4LI和5LI处理组的ABA激素含量低于3LI和6LI处理组，说明4LI和5LI处理组遭受的干旱胁迫程度较小；（5）在两个生长季，4LI处理组的单位面积穗数较多（比5LI和6LI处理组高13.4%），且千粒重最高（比其他三种SRI处理组高6.0%）。因此，4LI处理组的冬小麦产量在四个SRI处理组中最高。综合分析，建议4LI处理组（即在春季4叶期进行一次灌水）能有效延缓旗叶衰老进程，并使冬小麦保持相对较高的产量。
