小麦（Triticum aestivum）对全球粮食安全至关重要，但其生产持续受到各类病原菌的侵害。发掘利用抗病资源是应对病害威胁、实现绿色防控的首选途径。本文在系统梳理小麦抗病分子机制研究进展的基础上，通过比较活体营养与死体营养型病原菌侵染特征，阐明了小麦与病原菌协同进化下的攻防演替策略；重点分析了抗病小体组装与等位基因特异性演变、激酶融合蛋白介导的模块化协作、非经典基因驱动的寄主生理稳态重构等免疫调控机制，并阐释了效应子通过劫持寄主免疫通路或利用超敏反应诱导感病的分子基础。基于上述免疫机制认识，总结了当前抗病资源发掘与精准改良的重要策略，包括构建抗病基因全景导航图、深度发掘野生近缘种资源以及通过关键遗传位点编辑实现免疫受体定向优化等。面对未来病原菌持续演化与多病害复合发生趋势，提出以防御激活与细胞死亡解耦、进化导向的通用免疫受体设计及多界免疫生态屏障构建为代表的新型抗性改良方向，为实现小麦广谱、持久抗性的理性设计提供理论依据与技术参考。

【目的】 川麦82是利用国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）持久抗病种质Singh6选育而成的多抗高产小麦新品种。通过构建川麦82基因型图谱，量化双亲对其基因组贡献率，解析其遗传构成，并明确抗病和产量等性状相关遗传位点的亲本来源，为小麦品种改良和亲本精准选配提供科学依据。【方法】 利用小麦100K SNP液相芯片技术对川麦82及其双亲进行全基因组扫描，系统分析其遗传构成；结合芯片搭载的与重要农艺性状及产量性状关联的功能标记，对川麦82的等位基因型进行分析，以追溯其抗病及产量相关性状的遗传来源。【结果】 全基因组分析结果表明，供体亲本Singh6和轮回亲本川农16对川麦82的遗传贡献率分别为16.36%和83.64%，与回交育种的理论预期相符。贡献率在A、B、D亚基因组间呈现A>B>D的差异。在染色体水平上，Singh6的遗传片段并非均匀分布，其在1B、2D、4B、5D和6A染色体上贡献了49.24%—86.91%的遗传组分，形成了显著的大片段供体区段；而川农16在其余多数染色体上的贡献率超过89%，构成了品种的遗传背景。基于功能标记的溯源分析进一步揭示，川麦82的条锈病、叶锈病和白粉病抗性基因主要源自Singh6，而抗穗发芽和产量相关基因则主要继承自川农16。【结论】 在基因组和染色体水平上精准量化了川麦82的遗传构成。尤为重要的是，发现供体亲本Singh6的遗传贡献集中分布于1B、2D、4B、5D和6A等染色体上，形成了大片段供体区段，保留了供体亲本的遗传多样性。结合功能标记分析，部分区段恰好富集了来自Singh6的锈病、白粉病抗性基因。因此，这些大片段供体区段与来自川农16的高产遗传背景的有机结合，很可能是川麦82实现持久抗病与高产协同提升的关键遗传基础。

【目的】 揭示长期连作蔗地土壤化学性质的分异特征及其与产量的关系，识别制约甘蔗产量提升的关键土壤因子，为蔗地可持续管理提供科学依据。【方法】 采用空间代替时间试验，分析不同连作种植年限CK（0 a）、T1（1 a）、T2（10—19 a）、T3（20—29 a）和T4（>35 a）下甘蔗产量及0—60 cm土壤剖面（0—20、20—40、40—60 cm）的化学性质（pH、有机质、速效氮磷钾及全量、有效态微量元素等）演变规律。采用因子分析法、相关系数法及内梅罗指数法评价土壤综合肥力（IFI）。最后，运用极端梯度提升（XGBoost）和随机森林（RF）2种机器学习模型，量化土壤化学指标对甘蔗产量的相对重要性。【结果】 （1）长期连作导致甘蔗产量显著下降（P<0.05），连作>35 a处理较CK降幅达13.68%，并引发土壤化学性质的劣化。（2）长期连作导致土壤酸化加剧，且具有显著的土层特异性。与CK比，连作>20 a土壤pH均值降至4.60；土壤亚表层（20—40 cm）酸化最严重，连作20—29 a和>35 a处理下该层pH较CK显著下降。（3）土壤养分呈现明显的“表聚性”和部分元素的累积效应。0—20 cm表层土中有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷显著高于其他层；随连作年限延长，速效钾、有效锌出现显著积累，其中表层增幅分别为320.47%和164.13%。（4）土壤综合肥力指数随土层深度增加而显著递减，虽长期连作提升表层土的平均肥力，但加剧深层土肥力的不稳定性与空间异质性。（5）XGBoost和RF模型分析一致表明，20—40 cm土层的pH是决定甘蔗产量的首要限制因子，其重要性贡献率远超表层速效养分及其他指标。【结论】 长期连作下蔗地土壤呈现表层养分富集、亚表层严重酸化的时空分布特征，20—40 cm土层的酸化是制约甘蔗生产力提升的核心障碍因子。生产实践中应从表土层施肥转向针对亚表层土壤酸化的深层改良与调控。

【目的】 GDSL脂肪酶（GDSL esterase/lipase，GELP）家族是一类多功能水解酶，具有广泛的底物识别与催化能力，在植物生长发育中具有重要作用。在棉纤维伸长发育中，陆地棉GDSL脂肪酶基因GhGELP23D显著高表达，分析其影响植物细胞伸长发育的功能，为GELP调控植物细胞发育的机制解析提供一定参考。【方法】 以陆地棉纤维为材料克隆GhGELP23D。采用生物信息学方法分析GhGELP23D蛋白的理化性质、结构特征及系统进化关系，利用PlantCARE预测其启动子顺式作用元件，结合公共转录组数据和RT-qPCR数据分析基因的表达特征。构建GhGELP23D启动子GUS报告载体，在拟南芥稳定转化体系中检测GhGELP23D的组织表达特异性。通过烟草叶片瞬时表达系统，对GhGELP23D蛋白进行亚细胞定位。利用花序浸染法获得异源表达GhGELP23D的转基因拟南芥株系GhGELP23D-OE，并分析其表型变化。同时，利用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术在陆地棉中沉默GhGELP23D，通过RT-qPCR检测其沉默效率，并观察GhGELP23D-VIGS株系纤维长度的变化。【结果】 GhGELP23D编码一个由356个氨基酸组成的稳定、弱碱性、亲水性蛋白，其结构包含典型信号肽。转录组表达和RT-qPCR数据显示，GhGELP23D在纤维伸长期高表达。亚细胞定位结果表明，GhGELP23D蛋白定位在胞外间隙。启动子组成分析显示，GhGELP23D包含光、激素和胁迫等多种顺式作用元件；组织染色结果显示，GhGELP23D启动子在拟南芥多种组织中均可驱动报告基因表达，表明其具有广泛的组织表达特性。在异源表达GhGELP23D拟南芥中显著促进植株生长发育，GhGELP23D-OE拟南芥株系的株高显著增加，主根和根毛的长度显著提升，在突变体背景中回补表达GhGELP23D后，其主根和根毛长度得到明显恢复并基本达到野生型水平。GhGELP23D-VIGS棉花株系的纤维长度较空载对照植株显著降低，平均下降约13.14%。【结论】 GhGELP23D编码一类定位于胞外间隙的GDSL脂肪酶，在棉纤维伸长期高表达，并影响植物细胞伸长发育过程。

【目的】 土壤氮库组成是反映土壤可持续生产力的重要指标，通过量化土壤氮库组分变化与有机肥、化肥用量的响应关系，明确有机肥和化肥对土壤中不同氮素组分的培育特征，为土壤培肥和优化农田土壤氮素管理提供理论依据。【方法】 以有机肥与化肥不同用量长期定位监测试验（始于2006年）为平台，有机肥和化肥均设置10个施氮肥水平（以N计，每季作物施氮量分别为0、60、120、180、240、300、360、420、500、600 kg·hm^-2）。种植制度为冬小麦-夏玉米一年两熟制。2024年夏玉米成熟期取植株样品，测定玉米生物量、籽粒产量和氮含量。夏玉米收获后，采集0—20 cm土层土样，测定土壤全氮、无机氮含量，采用Bremner法测定土壤有机氮组分含量。【结果】 （1）两种肥料处理的土壤全氮含量随施氮量增加均呈线性增长。与不施肥处理相比，施用有机肥和化肥土壤全氮含量提高幅度分别为19.1%—273.5%和8.8%—25.0%。随施氮量增加，施用两种肥料的土壤硝态氮含量均显著增加。等氮量下，有机肥处理土壤硝态氮含量显著高于化肥，为其1.44—5.17倍，但铵态氮差异不显著。（2）对于土壤有机氮组分，有机肥处理的酸解总氮（THN）与非酸解态氮（NHN）含量均随施氮量增加而增加。化肥处理的THN含量亦随施氮量增加而升高，但处理间无显著差异。在酸解氮组分中，酸解铵态氮（AN）、氨基酸态氮（AAN）及氨基糖态氮（ASN）含量在有机肥与化肥处理中均随施氮量增加而增加。然而，酸解未知氮（HUN）含量变化趋势相反，有机肥处理随施氮量增加而上升，化肥处理则呈下降趋势。线性拟合结果表明，化肥处理的NHN与施氮量无显著相关性。两种肥料处理下各有机氮组分含量均与施氮量呈显著线性正相关，其中化肥处理的HUN与施氮量呈显著线性负相关。长期施用有机肥和化肥改变了各酸解氮组分占土壤全氮的比例，化肥处理的占比为AN（28.3%—32.5%）AAN（25.1%—29.5%）>HUN（5.9%—10.0%）>ASN（2.6%—3.5%）；有机肥处理的占比为AAN（23.7%—31.4%）>AN（19.6%—27.6%）>HUN（7.9%—12.6%）>ASN（2.3%—3.2%）。（3）相关性分析表明，AN、AAN和ASN与夏玉米地上部氮吸收量呈极显著正相关（P<0.01）。【结论】 在华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系下，与长期单施化肥相比，长期施用有机肥能够显著提高土壤氮库容量；在酸解有机氮中，有机肥处理显著增加了酸解铵态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮和酸解未知氮含量，从而提高土壤供氮能力。酸解铵态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮与夏玉米地上部氮吸收呈极显著正相关，是夏玉米吸收利用的潜在有效氮源。

【目的】 玉米种子活力是决定种子品质的关键因素之一，直接影响出苗率、幼苗生长及群体整齐度，进而影响产量形成。筛选高活力自交系与杂交种，挖掘调控种子萌发的关键基因，为培育高活力玉米品种提供理论依据。【方法】 选取陕A群、陕B群2个杂种优势群选育的22份玉米自交系并采用NC-Ⅱ遗传设计组配104份F₁杂交组合。通过标准发芽试验和冷浸发芽试验测定发芽势、发芽率、发芽指数、苗长、根长、苗干重，以及活力指数Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共9个性状，开展种子活力的综合评价。结合基因型数据与表型数据，对主要性状开展全基因组关联分析，筛选与种子活力显著相关的数量性状核苷酸位点，并整合公共转录组数据对潜在候选基因进行挖掘与功能预测。【结果】 自交系与杂交种的种子活力相关性状均存在显著遗传变异。相较于标准发芽，冷浸处理显著降低了发芽势、发芽率和发芽指数，同时扩大了表型变异幅度，增强了基因型间的差异表达。多数性状在基因型、处理及其互作效应上达到显著或极显著水平，证实种子活力受遗传因素显著调控。发芽性状与苗期生长性状和活力指数呈显著正相关。并筛选出一批在不同发芽条件下表现稳定、对冷浸处理敏感性较低的优良材料，其中，在冷浸条件下，以陕A群的KA105、KA088、KA085、KA205和陕B群的KB088、KB060、KB168、KB076、KB021为亲本组配的杂交组合仍保持较高种子活力水平。自身活力中等的自交系在特定组合中可显著提升后代表现。全基因组关联分析共检测到43个与种子活力显著相关的QTN位点，其中7个为冷浸条件下的多性状共定位位点。利用公共转录组数据进一步筛选出11个候选基因，其中8个具有功能注释，主要涉及胁迫响应与转录调控等生物学过程。【结论】 玉米种子活力为遗传控制的数量性状，基因型变异是其表型差异的主要来源。种子活力受多位点协同调控，低温条件下存在关键遗传区域参与调节。有利等位基因的积累有助于提升杂交种活力，同时杂交种表现还受亲本间特异遗传互作影响。

【目的】 研究红肉葡萄及其自交后代果肉类黄酮的基因表达及代谢组分差异，解析类黄酮生物合成的代谢积累特征并提供转录调控线索，为提高葡萄果实类黄酮含量及培育葡萄新品种提供理论基础。【方法】 以红肉葡萄新种质‘钟山红玉’（ZSHY）和自交后代‘南19’（N19）、‘南30’（N30），以及‘玫瑰香’（MGX）为试验材料，设置ZSHY_vs_MGX、N30_vs_ZSHY、N19_vs_MGX和N30_vs_N19四个组别，进行果肉类黄酮靶向代谢组学和转录组学（RNA-seq）检测，通过富集分析鉴定类黄酮代谢物积累、合成关键基因以及转录调控的网络。【结果】 基于类黄酮靶向代谢组学技术，检测出104种表达差异的类黄酮代谢物，并鉴定出62种显著差异的核心类黄酮代谢物，其中‘ZSHY’和‘N19’中黄酮醇、黄烷醇等多数代谢物积累量显著高于‘N30’和‘MGX’。KEGG通路富集分析显示差异代谢物显著富集于类黄酮生物合成相关通路，特别是花青素苷、黄酮与黄酮醇生物合成途径。转录组学分析共筛选到758个差异表达基因（DEGs），显著富集于类黄酮、苯丙烷类生物合成等通路。进一步鉴定出30个核心差异表达的类黄酮合成关键结构基因，其表达模式与类黄酮代谢物积累趋势基本一致，即在‘ZSHY’和‘N19’中表达量高，在‘N30’和‘MGX’中表达量低。此外，筛选出22个与类黄酮合成结构基因显著相关的转录因子，主要包括WRKY、MYB、ERF等家族。【结论】 红肉葡萄与其自交后代间存在显著的类黄酮代谢差异，‘ZSHY’和‘N19’果肉中类黄酮的较高积累与其合成通路关键结构基因的高表达密切相关，且转录因子可能对类黄酮合成基因具有调控作用。

【目的】 明确不同肉质类型桃果实发育过程中香气形成规律，挖掘造成品种间香气品质差异的关键调控基因，为硬质桃风味品质改良提供理论依据。【方法】 以溶质型品种‘春美’和硬质型品种‘中桃9号’为试材，在果实发育全周期设置7个关键采样点，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术检测挥发性物质，结合转录组数据筛选差异表达基因（DEGs），通过Pearson相关性分析鉴定与关键香气物质显著关联的核心基因。【结果】 共检测到57种香气化合物，其组成与含量在不同品种及果实发育阶段均表现出显著差异。硬质型桃‘中桃9号’在整个发育过程中未检测到乙烯释放，C6醛类物质（如2-己烯醛）含量在成熟期仍维持较高水平，而内酯与酯类物质几乎未积累；溶质型桃‘春美’在S3到S4转折后出现乙烯跃变峰，内酯物质含量随之增加3.1—3.8倍，C6化合物含量显著下降。转录组分析共鉴定出2 806个DEGs，聚类分析显示两个品种在各发育时期呈现显著差异；KEGG富集分析表明DEGs主要富集在植物激素信号转导、α-亚麻酸代谢和类胡萝卜素生物合成等通路。关联分析筛选出16个与酯类/内酯类合成相关的候选基因，其中BSK2（Prupe.2G110200）、PpYUC11（Prupe.6G157400/6G157500）等基因表达水平分别与乙酸己酯、γ-癸内酯含量呈显著正相关关系。【结论】 乙烯是造成两种肉质类型桃果实香气品质差异的核心调控因子，‘中桃9号’乙烯信号通路受阻，导致脂肪酸代谢通路停滞于C6醛类物质积累阶段，无法启动下游酯化反应与内酯类香气物质合成进程。同时，筛选到BSK2、PpYUC11等候选基因，明确植物激素信号通路参与果实香气物质调控。

【目的】 棕榈酰化修饰是一种动态可逆的蛋白质翻译后修饰，在信号转导、代谢稳态、蛋白定位与运输等生物过程中发挥着关键的调控作用，但在玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）中的功能及其对病菌致病力的影响尚不清楚。研究棕榈酰转移酶StPFA5在玉米大斑病菌生长发育及致病力调控中的作用，为阐明棕榈酰化修饰介导的玉米大斑病菌生长发育与致病过程的分子机制打下基础。【方法】 利用同源比对鉴定StPFA5并构建进化树，通过RT-qPCR测定StPFA5在病菌侵染过程中的表达水平。通过同源重组技术创制StPFA5的敲除突变体及回补菌株，针对菌株WT、∆StPFA5、C.∆StPFA5，测定生长速率及致病力，观察菌丝形态和菌丝萌发过程，并通过酸沉碱溶提取菌丝黑色素，RT-qPCR测定黑色素合成相关基因表达水平。此外，将各菌株接种在含刚果红和CFW的PDA平板上，测定StPFA5对病菌细胞壁稳定性的影响。通过蛋白组学和棕榈酰化修饰蛋白组学研究，结合数据库检索，鉴定WT和∆StPFA5中的差异棕榈酰化修饰位点及所属蛋白，进行功能分析。【结果】 StPFA5与异旋孢腔菌（Cochliobolus heterostrophus）PFA5同源性最高，达80.35%。与野生型相比，∆StPFA5的菌落生长速率降低、菌丝形态畸形、致病力显著下降，基因回补后恢复到野生型水平。同时，∆StPFA5的菌丝黑色素含量降低，黑色素合成相关基因表达显著下调，细胞壁胁迫敏感性降低。棕榈酰化修饰组学分析发现，敲除StPFA5导致448个棕榈酰化位点的修饰水平下调，下调位点所属蛋白富集在氨基酸合成代谢、碳代谢、糖酵解、细胞周期、染色体浓缩等通路。综合∆StPFA5表型结果发现，StPFA5可能通过调控这些途径相关蛋白的棕榈酰化水平影响玉米大斑病菌生长发育及致病力。【结论】 棕榈酰转移酶StPFA5通过调控蛋白质的棕榈酰化修饰水平，促进玉米大斑病菌的生长发育和黑色素合成，并对该病菌的致病力发挥正向调控作用。

【目的】 乙烯和赤霉素是调控水稻胚芽鞘伸长的关键激素，但二者在该过程中的交互作用机制尚不明确，本文旨在探究二者在调控胚芽鞘伸长中的分子机制。【方法】 利用乙烯和赤霉素信号通路核心组分的相关水稻材料，统计不同激素处理后胚芽鞘的长度，采用qPCR技术检测OsEIN2/OsEIL2下游基因表达，利用酵母双杂和Pull-down技术验证OsSLR1与OsEIL2互作。【结果】 乙烯和赤霉素均能促进胚芽鞘的伸长，且二者存在协同效应。赤霉素合成抑制剂多效唑（Paclobutrazol，PAC）处理或过表达赤霉素失活基因OsGA2ox3削弱了乙烯对胚芽鞘伸长的促进作用，外源补充赤霉素也能够部分解除1-MCP（1-Methylcyclopropene）对胚芽鞘的抑制，表明乙烯与赤霉素调控胚芽鞘的伸长存在共同的调控途径。进一步研究发现，赤霉素信号负调控因子OsSLR1与OsEIL2存在相互作用，且OsEIN2/OsEIL2调控的下游基因OsERF63、OsERF73、OsHKT2;1和OsGY1也受到了OsSLR1的调控，OsSLR1功能缺失突变体slr1表现出长胚芽鞘的表型，且乙烯对胚芽鞘伸长的促进作用在slr1中进一步增强，表明OsSLR1参与调控乙烯促进的胚芽鞘生长和信号转导。【结论】 OsSLR1是乙烯和赤霉素协同调控胚芽鞘伸长生长的节点，通过与OsEIL2互作来共同调控下游信号通路和胚芽鞘的伸长生长，这不仅丰富了胚芽鞘生长中的植物激素互作网络，也为直播稻新品种的培育提供了理论依据和有用的基因。