T-2毒素作为粮食作物的主要污染物，对人和动物的消化系统、神经系统、生殖发育等都存在毒性作用。在我国大骨节病病区，大骨节病发生的病因物质是病区产谷物内超常聚集的T-2毒素。通过改变生产生活方式、换粮等综合防治措施，大骨节病防治成果显著，但病区外环境中仍有致病因子存在。本文在T-2毒素代谢动力学方面，将相关研究文献进行综述，阐述了T-2毒素的理化性质、体内分布、代谢动力学、生物转化以及T-2毒素及其代谢产物对各脏器的损伤，以期为T-2毒素对全身各器官影响研究提供新的思考。

菥蓂(Thlaspi arvense L.)属于十字花科菥蓂属,是一种兼具药食同源功效的草本植物,生态适应能力强,种子富含油脂,具备较高的资源开发利用价值.近年来,随着现代生命科学研究的不断进步,菥蓂的诸多优势得以被发掘,国内外已陆续开展了关于菥蓂的基础和应用研究.目前国内的报道多集中于菥蓂的功能活性物质提取及其在临床医疗上的作用,国外研究则偏向于探索菥蓂在农业生产循环中的生态价值与脂质代谢调控机制.大量研究表明,菥蓂具备开发生物柴油和补充油料生产的优异潜质,也是新型药物开发的良好备选原料.同时,得益于菥蓂全基因组信息的公布,对菥蓂开展分子育种改良已成为可能,例如通过基因编辑技术改变其种子脂肪酸构成以获得更符合食用油需求的品质,以及挖掘菥蓂的其他重要功能基因用于提高作物生产和抗逆性.利用代谢工程手段优化菥蓂的脂质特性以制备新型植物油甚至异源生产高价值脂肪酸(神经酸等)将潜力巨大,是菥蓂最具前景的开发方向之一.本文综述并展望了近年来菥蓂在资源开发利用和脂质代谢工程研究等方面的报道,以期为菥蓂在我国的基础研究和推广应用提供参考.

作为一项颠覆性的生物技术,转基因大豆、转基因玉米等转基因农作物逐渐被广泛应用到农业领域,不仅给传统的农业生产方式带来了变革,也深刻影响着农作物供应和生态环境.网络作为现代信息传播的主要渠道,在转基因农作物的传播中起到了关键作用.然而,网络信息的纷繁复杂也给公众带来了转基因农作物的困惑和疑虑.因此,对于转基因农作物相关事件的网络传播进行深入研究,不仅有助于公众理性看待这一技术,也有助于科学决策的制定.

植物生长调节剂5-羟色胺(5-HT,5-hydroxy-tryptamine)已应用于农业生产,以提升作物抗旱性,然而其转录水平的分子机制尚不清楚.本研究通过转录组测序、内源激素水平和抗氧化酶活性的综合评价,探讨模拟干旱胁迫下蜡杨梅幼苗响应外源5-羟色胺的生理和分子影响机制.结果表明,50μmol/L的5-HT处理显著提高了蜡杨梅根系中脱落酸和茉莉酸含量,而100 μmol/L的5-HT处理的结果则刚好相反.50 μmol/L的5-HT处理诱导丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性显著升高,而过氧化氢含量则显著降低.基于上述两种浓度水平的5-羟色胺处理基因集富集分析结果表明,差异表达基因集主要包括抗氧化酶活性、氧化还原酶活性、生长素和赤霉素介导信号传导、细胞壁生物合成、木聚糖生物合成、果胶代谢、次生代谢物生物合成、苯丙烷和半乳糖醛酸代谢等.与抗氧化酶活性及激素代谢相关的差异表达基因主要为PER、LAC、DHAR和PIN等.通过加权基因共表达网络分析发现8个共表达基因模块与5-羟色胺及干旱胁迫显著相关,其中枢纽基因KAB1218346.1(LOX3)、KAB1219593.1(WRKY53)和KAB1217691.1(CZF1)主要参与激素代谢和转录调控,上述关键基因及其分子调控机制将是今后研究的重要对象.

近地层臭氧(O3)已严重威胁到作物生产,而施肥可以调节土壤的养分平衡,进而促进作物生长.以两个水稻品种(徽两优898和南粳9108)为研究对象,利用开顶式气室,设置2个O3浓度处理(NF:环境大气为对照;NF40:环境大气+40 nmol/mol O3),每个O3处理下嵌套设置3个肥料处理(Ino:施无机肥处理,270 kg N hm-2 a-1;Red:减施无机肥30％处理,189 kg N hm-2 a-1;Com:有机无机肥配施处理,Red+有机肥鸡粪5000 kg hm-2 a-1),通过测定不同生育期水稻光合参数,探究不同肥料处理下O3对水稻不同生育阶段光合生理的影响.结果表明,NF40对水稻营养生长阶段的饱和光合速率(Asat)没有显著影响,而显著地降低了水稻灌浆期的Asat.基于两个水稻品种的Asat和相对叶绿素含量(SPAD)相对减少量与O3累积剂量关系的斜率,发现杂交稻徽两优898(Asat和SPAD的斜率:-1.55和-0.98)比常规稻南粳9108(Asat和SPAD的斜率:-0.92和0.06)对O3更敏感.此外,基于不同O3处理下水稻的气孔导度(gs)和胞间二氧化碳浓度(Ci),可以看出O3造成南粳9108光合速率降低的主要是非气孔因素,而徽两优898光合的降低是由气孔因素和非气孔因素共同限制.与Ino处理相比,Red处理主要通过降低叶片SPAD进而显著地抑制两种水稻品种的Asat,但Ino处理和Com处理间Asat没有显著差异,说明有机无机肥配施能部分缓解减施无机肥造成水稻光合的降低.O3和肥料处理对两个水稻的所有光合参数都没有显著的交互影响,表明短期有机无机肥配施并不能有效缓解O3对作物造成的负面影响.在O3污染背景下,研究结果可以为通过合理的农田氮肥管理措施减缓O3造成的作物减产提供理论依据.

农作物生产过程既是碳源,也是碳汇.研究作物生产过程中碳吸收、碳排放特征对区域农业碳减排具有重要意义.以陕北区域为例,采用高分辨率遥感数据,结合GEE遥感云平台和随机森林算法,获取了作物种植分布信息,并建立碳吸收排放测算模型,分析了陕北地区 2021 年农田作物的碳源/汇效应、碳足迹及其空间分布格局.结果表明:①陕北种植的粮食作物主要为玉米、稻谷、薯类、豆类,经济作物主要为蔬菜、苹果、枣树,这七类作物集中分布在延安南部河谷区域和榆林西北部区域.②除枣类外,陕北地区其余作物的碳吸收量均高于碳排放量,以碳汇功能为主,其中,玉米和苹果分别对该地区碳吸收、碳排放的贡献率最高,碳吸收、排放量分别达到了 189.74×104 t 和 11.41×104 t,苹果、薯类和枣类碳足迹较高,分别达到了 9.92×104 hm2、8.77×104 hm2和 21.65×104 hm2,其余作物碳足迹处于 0.26-1.49×104 hm2之间.③从空间上看,研究区单位面积农田碳吸收量呈现西北高、南部低的分布格局,而碳排放量、碳足迹分布正好相反,南部高、西北低.④研究区可通过培育高产品种、优化施肥量、控制农膜农药用量、调整作物种植结构等措施,提高作物固碳效应,促进农业生产碳减排.

杂种优势利用是显著提高作物产量的主要途径,有助于解决日益增长的人口数量与有限耕地之间的矛盾.大豆作为世界上重要的粮油饲兼用作物,其开展杂种优势利用已有30余年.其中,基于细胞质雄性不育的三系法杂交育种系统是大豆杂种优势利用的主要途径.目前,已有40余个杂交大豆品种通过审定并在生产上推广应用,杂交大豆正处于由中试向产业化推进阶段.本文对大豆细胞质雄性不育遗传基础与育种应用进行了综述,系统阐述了各类型细胞质雄性不育系的发现及利用、不育性状的遗传和分子机制、育性恢复基因和恢复抑制基因的定位和克隆等方面的研究进展.基于大豆杂种优势利用研究现状论述和分析,提出了三系法杂交大豆育种中存在的问题、挑战及解决路径,并对三系法杂交大豆育种技术的创新进行了展望,旨在为大豆杂种优势分子基础和应用研究提供新方法、新思路.

大豆(Glycinemax(L.)Merr.)是自花授粉作物,通过人工去雄的办法生产杂交种,不仅繁琐且成本高.雄性不育基因功能的研究是大豆杂种优势利用的前提之一,大豆雄性不育位点报道较少,定位及功能研究进展缓慢.随着大豆转基因体系的成熟及生物技术的发展,利用反向遗传学研究大豆雄性不育基因的功能变得相对容易.本研究通过转录组数据分析发现大豆中编码小G蛋白的GmARFA1a受到大豆雄性育性控制基因MS1(Male Sterile 1)和MS2的调控,公共数据库数据表明GmARFA1a在大豆未开放的花中表达量最高,而qRT-PCR数据进一步明确GmARFA1a在大豆授粉前雄蕊中优势表达.花粉萌发实验及结实率统计发现Gmarfa1a突变体花粉活力下降导致结实率受到明显抑制.本研究对GmARFA1a基因功能进行了初步解析,明确其对大豆雄性育性存在一定影响.研究结果不仅丰富了对GmARFA1a乃至ARF基因家族成员功能的认识,也为后续深入研究大豆GmARFA1a功能及大豆杂种优势利用奠定了基础.

大豆作为重要的粮食作物和油料作物,在人类生产生活中扮演着十分重要的角色.近年来国内大豆供给孱弱,对外依存度过高,使国内大豆市场受到严重冲击,并给国家粮食安全带来一定隐患,因此培育优质高产的大豆品种是当前国内大豆育种的重要目标.目前,大豆中一批控制重要性状的关键基因已经被克隆和解析,为开展分子设计育种提供了重要的理论支撑.传统育种周期长、效率较低,基因编辑技术为生物育种提供了新的途径和工具,可以加速育种进程.以CRISPR/Cas9技术为代表的基因编辑技术已经快速发展成为大豆基因功能研究、改造及农艺性状遗传改良的重要工具.本文介绍了基因编辑技术的类型、特点及其在植物中的应用概况,并综述了其在大豆产量、品质、抗病、抗逆、开花期、共生固氮和育性等农艺性状研究中的最新研究进展,为开展大豆基因编辑育种提供了一定的依据和借鉴.此外,本文还探讨了基因编辑技术在大豆遗传改良中存在的问题,并对其应用前景进行了展望.

水稻是我国主要的粮食作物,病虫害的发生直接威胁水稻生产安全.水稻害虫种类多,灾变机制复杂,绿色防控新技术开发难度大.深入研究水稻害虫的监测和早期预警技术、发育与生殖调控机制、化学通信机制和新型防控技术等,不仅有助于阐明水稻害虫发生灾变机制,还将为害虫综合治理提供新的有效的防控靶点和防控技术.近年来,我国学者在水稻害虫研究领域取得显著进展,在多个研究方向取得重要成果,本专辑汇集了 一些最新研究进展.本文概述了目前关于水稻害虫研究的最新进展,介绍了本专辑论文的主要研究内容,并提出了如下值得更深入关注的3个研究方向:(1)水稻害虫智能化监测和早期预警;(2)水稻害虫灾变机制及演变规律;(3)水稻害虫绿色防控靶点挖掘及可持续防控体系构建和应用.