植物硝酸盐转运蛋白（Nitrate transporter，NRT）可有效调节与转运NO₃^-，提升氮素利用效率。分析草地早熟禾硝酸盐转运蛋白NRT2.4基因在不同氮素浓度下的表达规律，旨在揭示硝酸盐转运蛋白NRT2.4基因在氮素调控中扮演的角色。以草地早熟禾为材料，首先设计特异引物，利用RT-PCR技术克隆得到草地早熟禾NRT2.4基因cDNA序列，其长度为1 694 bp，包含一个1 257 bp的CDS区，编码418个氨基酸序列，属于Nitrate/nitrite transporter NarK超级家族1，与二穗短柄草、节节麦NRT2.4基因高度同源。第6，7个跨膜区之间有一段MFS家族所特有的序列特征：G-X3-D-X2-G-X-R，第4个跨膜区有典型的NO₃^-/NO₂^-转运载体特征序列：A-G-W-G/A-N-M-G，第8个跨膜区之后含有保守的蛋白激酶C识别基序（S/T-X-R/K）：SKR。利用qRT-PCR方法，测定草地早熟禾NRT2.4基因表达水平存在组织特异性，叶部表达量最多，硝态氮利于NRT2.4基因的表达，氮饥饿和高浓度NaNO₃水培液处理均利于NRT2.4基因的表达。上述结果为草地早熟禾硝酸盐转运蛋白NRT2.4在草坪草抗逆基因工程中的应用提供理论依据。

为筛选适合铝处理下绣球中稳定表达的内参基因，在转录组数据分析的基础上，以Al₂（SO₄）₃处理下绣球铝敏感品种Bailer（商品名：Endless Summer^TM，中文名译为无尽夏）和不敏感品种Ruby（中文名译为红宝石）的不同组织为材料，分析10个候选内参基因（5个传统内参基因和5个新基因）的表达水平，并利用geNorm、NormFinder、BestKeeper、ΔCt及RefFinder 5个程序分析候选内参基因的表达稳定性。结果表明，β-TUB（β-微管蛋白）和UPL7（E3泛素蛋白连接酶）的表达水平较高，而且相对较稳定；表达稳定性分析结果显示，在Al₂（SO₄）₃处理下Bailer中最适内参基因为UPL7和β-TUB，其次是ACT7，Ruby中最适内参基因为β-TUB和UBP15，其次是UPL7；适用于不同组织器官以及所有样本的最适内参基因同样为β-TUB、UBP15和UPL7。因此，β-TUB和UPL7为铝处理下绣球实时荧光定量PCR最适内参基因；以β-TUB、UPL7和β-TUB+UPL7作为内参基因时，绣球铝转运蛋白基因HmVALT的表达模式一致。

为了研究玉米转录因子Dof（DNA-binding with one zinc finger）锌指蛋白在玉米生长发育及非生物逆境胁迫响应途径中的作用与生物学功能。利用qRT-PCR技术系统研究了10个ZmDOF基因在玉米不同组织中以及应答不同非生物逆境胁迫下响应表达模式。进化树以及基因结构分析结果表明，这10个ZmDOF基因分布在3个不同的亚家族。qRT-PCR分析结果显示，这10个基因具有组织表达特异性。7个基因主要在雄花中表达，2个基因主要在授粉15 d后的小穗中表达，1个基因主要在根中表达，表明这10个基因可能参与这些组织的生长发育进程。在盐或干旱胁迫处理下，大部分基因的表达模式都发生了明显的改变，预示着这些基因参与玉米幼苗应答盐或干旱胁迫响应信号途径。在铵态氮缺乏胁迫下，ZmDOF3的表达上调了5倍以上。在硝态氮缺乏胁迫下，ZmDOF23和ZmDOF46的表达量下降了90%以上，表明这些基因可能参与调控玉米幼苗氮代谢平衡或者信号转导途径。

为发掘大麦株高类性状的QTL位点，改良大麦品种株高性状。以我国饲用大麦泰兴9425与日本啤酒大麦Naso Nijo构建的177份DH群体及亲本为材料，考查2种环境下参试材料的株高、穗下节间长、穗长3个株高类性状，结合已构建的分子标记连锁图谱，采用基于完备区间作图法的Windows QTL IciMaping V4.1.0.0软件进行QTL定位分析并分析株高类性状的遗传特性。结果表明：株高、穗长、穗下节间长主要受遗传因素控制，同时受试点的生态条件和生产条件影响，3个株高类性状的遗传力分别为78.98%，89.31%，84.50%。株高与穗长、株高与穗下节间长、穗长与穗下节间长均呈极显著正相关，相关系数分别为0.688，0.862和0.600，表明株高越高其穗长、穗下节间长越长。2个试点定位到6个株高QTL、5个穗长QTL及4个穗下节间长QTL，共15个QTL，除第1，6号染色体外，其他染色体上均有分布，LOD值为3.50~32.46，对表型变异的解释率为1.53%~38.30%。其中qPH-4-1、qPH-7-2、qSL-2-1、qSL-2-2、qSIL-2-1、qSIL-3-2均未见报道，可能为新位点，为大麦株高类性状的改良与分子标记辅助育种奠定基础。

初探StTCP13基因在盐胁迫方面的功能，为StTCP13在马铃薯非生物逆境响应的功能研究奠定基础。采用同源克隆策略获得StTCP13基因编码区全长，利用生物信息学分析蛋白结构域并构建系统进化树，qRT-PCR技术分析该基因表达模式，双酶切法构建StTCP13-pGEX6P1原核表达载体，利用大肠杆菌BL21表达StTCP13-GST标签融合蛋白，观察转StTCP13大肠杆菌BL21在盐胁迫培养基上的表型。结果显示，从马铃薯品种费乌瑞它中克隆得到了StTCP13基因，成功构建了StTCP13-GST标签融合蛋白的pGEX-6P-1原核表达载体，并在大肠杆菌BL21中诱导表达了目的蛋白。生物信息学分析结果表明，该基因CDS全长669 bp，编码一个由222个氨基酸组成的蛋白质，该蛋白质含有1个保守的TCP结构域，融合蛋白大小约为51 ku。系统进化树结果显示，马铃薯StTCP13与潘那利番茄SpTCP13、甜椒CaTCP13亲缘关系较近。表达分析结果显示，该基因在根中表达量最高，在芽眼中表达量最低，其表达受高盐胁迫诱导。盐胁迫表型分析结果表明，StTCP13能提高大肠杆菌对高盐胁迫的耐受性。综上，说明StTCP13在响应盐胁迫逆境中发挥一定功能。

为研究甜瓜蔓枯病（GSB）抗病基因在甜瓜染色体上的定位情况，对甜瓜蔓枯病抗病亲本P181、感病亲本P01及其F₂遗传分离群体进行蔓枯病抗性鉴定，根据F₂蔓枯病发病情况，选择2个亲本及F₂中极端抗病和极端感病的子代各30个，提取DNA并分别构建抗病和感病基因混池，利用SLAF-seq和BSA技术进行蔓枯病抗病基因QTL定位分析。测序共开发得到188 022个SLAF标签，分析过滤掉低质量的SNP位点后，获得5 676个高质量的SNP标记。采用SNP-index关联分析方法，在甜瓜染色体上获得2个与GSB抗性紧密关联的候选区域，一个定位于Chr01上的9 837 447~11 028 838 bp区间，区间大小为1.19 Mb；另一个定位于Chr04上的33 135 224~33 993 540 bp区间，区间大小为0.86 Mb。共有218个基因定位在关联区域内，依据基因功能注释分析，推测可能与甜瓜蔓枯病抗病相关的候选基因有15个，包括NBS-LRR基因1个，E3泛素蛋白连接酶合成基因5个，RPM1相关蛋白基因1个，锌指蛋白相关基因1个，NAC结构域蛋白基因1个，钙依赖蛋白激酶2个，凝集素相关受体蛋白基因3个，RING-H2 finger蛋白基因1个。研究结果将为甜瓜蔓枯病的抗性基因研究提供参考。

非生物胁迫环境严重制约了番茄的生产，因此挖掘番茄耐非生物胁迫相关基因尤为重要。前期通过高通量测序筛选获得的UDP-糖基转移酶基因能够参与番茄镉胁迫应答反应，以番茄为试材，进一步研究该基因参与番茄抗逆的功能。首先，利用同源克隆法获得UDP全长的cDNA序列，对该序列进行生物信息学分析，再利用系统进化树分析该蛋白与其他植物的亲缘关系。其次，采用实时荧光定量PCR分析该基因的组织表达特性及其在3种不同非生物胁迫条件下（Cd、PEG-6000、NaCl）的表达模式。进一步利用转基因酵母分析胁迫表型。测序结果显示，该基因的cDNA全长为1 486 bp，包含一个1 452 bp的开放阅读框（ORF），编码483个氨基酸，将其命名为SlUDP。系统进化树分析结果显示该蛋白与马铃薯的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析结果表明，该基因在番茄不同组织中存在表达差异，在叶中表达量最高，各部位的表达量为叶片 > 果实 > 根部 > 侧茎 > 主茎 > 花。转SlUDP基因酵母胁迫表型分析结果显示，该基因提高了酵母对Cd及干旱的耐受性。根据以上结果推测SlUDP可能在番茄响应重金属镉和干旱胁迫中起到了一定的作用。

为了深入分析棉花产量相关性状的分子遗传机制，挖掘有效的分子标记和基因，以高产稳产品种冀丰914为母本、优质自交系冀丰817为父本，构建F₂、F₃群体，结合高密度SNP遗传图谱，对单铃质量（BW）、衣分（LP）、子指（SI）和果枝数（FBN）4个性状进行QTL定位及候选基因筛选。结果发现，冀丰914的4个性状均大于冀丰817，子代的4个性状呈正态分布。子指与单铃质量呈极显著正相关，与衣分呈极显著负相关。共定位到50个产量相关的QTL位点，分布于22条染色体，包括8个BW相关QTL、20个LP相关QTL、15个SI相关QTL和7个FBN相关QTL，单个位点最大贡献率（PVE）为12.96%，qBW-A11-1和qLP-A6-1能够在2个世代中重复定位到（稳定QTL）。在主效（PVE≥10%）或稳定QTL位点内注释到41个基因，主要参与植物细胞壁形成、纤维素生物合成过程等途径；根据转录组信息，编码肉桂酰辅酶A还原酶2类蛋白的Ghir_D03G005440.1基因在TM-1中的表达量高于Hai 7124，该基因位于主效QTL qSI-D3-1内，可能参与棉花子指性状的调控。为进一步探索棉花高稳产性状的分子遗传机制提供更多基础。

为获得Omiganan抗菌肽并研究其抑菌活性，根据Omiganan抗菌肽的一级结构（NH₂-ILRWPWWPWRRK-COOH），通过基因工程技术，参考大肠杆菌和毕赤酵母偏爱密码子原则，分别获得Omiganan核苷酸序列，再以Omiganan核苷酸序列为模板，设计特异性引物，通过PCR技术扩增Omiganan基因，分别与pET32a表达载体和pPIC9K连接构建pET32a-Omiganan原核表达载体和pPIC9K-Omiganan毕赤酵母表达载体，对含pET32a-Omiganan重组质粒的菌株分别采用IPTG 25℃，IPTG 37℃ 2种温度和自诱导方式表达获得Omiganan重组蛋白，对含pPIC9K-Omiganan毕赤酵母菌株采用1%甲醇诱导获得Omiganan抗菌肽。结果表明，自诱导14 h后Omiganan重组蛋白的表达量最高，IPTG 25℃，IPTG 37℃ 2种温度皆能诱导Omiganan重组蛋白的表达，但两者之间无显著差异。通过毕赤酵母表达的Omiganan抗菌肽对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有很强的抑菌活性。

醇溶蛋白是小麦的主要储藏蛋白，具有丰富的品种间特异性，影响和参与小麦醇溶蛋白积累的基因在染色体上均有分布，因此，醇溶蛋白常被当作小麦的指纹，可用于种子纯度鉴定。为了研究小麦发育早期纯度鉴定的方法，以济麦31、津强11号、津强13号开花后不同天数的籽粒为研究材料，以醇溶蛋白表达模式为研究对象，通过A-PAGE电泳技术，探明醇溶蛋白带谱特征，明确开花后5，10，15，20，25，30，35 d，成熟小麦籽粒醇溶蛋白带谱积累情况，确定利用醇溶蛋白鉴定小麦纯度的籽粒最早发育时间节点。研究结果表明，小麦开花后5~10 d的籽粒检测不到醇溶蛋白带谱，开花后15 d的籽粒醇溶蛋白开始积累，但是带谱表达不完全，开花后20～25 d的籽粒醇溶蛋白带谱完全表达，与成熟籽粒带谱一致。因此，小麦开花20 d后的籽粒，可用于鉴定小麦种子纯度；利用开花后20～25 d大田种植的津强11号小麦进行醇溶蛋白带谱鉴定，可以准确鉴定出混杂籽粒，并明确该地块种子平均纯度为90.88%。因此，本研究探明了醇溶蛋白的积累模式，为找到未成熟籽粒可以进行醇溶蛋白鉴定的最早籽粒发育时间，实现收获前的纯度鉴定提供理论依据，也为种子企业鉴定种子纯度提供了快速、简便、高效的鉴定技术。

为明确6个马铃薯新品系NNS-P 11、NNS-H 6、NNS-H 4、NNS-C 10、NNS-L 9和NNS-Y 40的分子细胞遗传学差异，对下一步新品种育成鉴定和登记利用提供依据。以马铃薯材料MIN-021作对照，利用常规压片法和SSR分子标记技术，对其花粉育性、PMCMⅠ染色体配对构型及SSR进行了比较分析。结果表明：6个马铃薯新品系间花粉育性有一定差异，新品系NNS-Y 40的花粉育性较低（39.95%），新品系NNS-P 11、NNS-H 4、NNS-C 10的花粉育性较高（81.12%，77.94%，77.76%），新品系NNS-H 6和NNS-L 9花粉育性居中（67.27%，69.71%）。6个新品系染色体配对构型依次为1.08 Ⅰ+14.89 Ⅱ+1.18 Ⅲ+3.40 Ⅳ、2.35 Ⅰ+11.96 Ⅱ+3.59 Ⅲ+2.74 Ⅳ、2.10 Ⅰ+14.21 Ⅱ+1.35 Ⅲ +3.02 Ⅳ、3.31 Ⅰ+13.98 Ⅱ+ 2.99 Ⅲ+1.94 Ⅳ、3.45 Ⅰ+12.94 Ⅱ+2.81 Ⅲ+2.56 Ⅳ和8.23 Ⅰ+6.92 Ⅱ+6.07 Ⅲ+1.93 Ⅳ。试验筛选出SSR适宜引物10对，对各新品系及对照材料基因组DNA扩增，获得82个SSR多态性条带，多态性比率占78.10%。各材料的遗传距离（GD）变幅为0.244 4～0.687 5，以GD值0.40为基准，划分为3类：第一类为新品系NNS-P 11、NNS-L 9、NNS-Y 40和对照MIN-021，第二类为新品系NNS-H 6和NNS-H 4，新品系NNS-C 10单独为一类。试验建立了能明确鉴别7个供试材料的SSR指纹图。

为建立以小麦和油菜轮作模式为基础的休耕制度提供理论依据，以休耕后的农田土壤及后茬作物油菜和小麦为研究对象，研究农田土壤生物学特性的变化规律以及作物产量对休耕的响应。2 a试验结果表明，各项指标受气候因素影响较小，均表现为休耕后的小麦和油菜田土壤生物学性状优于小麦-油菜常规轮作模式。休耕后茬小麦田和油菜田的土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的活性都高于小麦-油菜常规轮作模式，其中过氧化氢酶和蔗糖酶活性的差异达到显著性差异（P<0.05）；休耕后茬土壤微生物量碳、氮和B/F值均高于小麦-油菜常规轮作模式，土壤细菌丰富度和多样性的差异在2 a间略有不同，但总体表现为大于小麦-油菜常规轮作模式，真菌表现相反；休耕后茬作物生物产量和经济产量显著高于小麦-油菜常规轮作模式（P<0.05）。相关性分析表明，作物生物产量和经济产量与酶活性、微生物量和细菌丰富度呈正相关，而与真菌的丰富度呈负相关。休耕能提高后茬作物农田土壤的酶活性、微生物生物量、细菌的丰富度和多样性，降低真菌的丰富度和多样性，提升耕地质量，增加作物产量。

为了解干旱对不同类型小麦籽粒灌浆期糖类、淀粉、蛋白质和微量元素的动态规律，明确干旱对营养物质在高产小麦、优质小麦和节水小麦灌浆过程中的差异，以黄淮北片麦区的小麦品种冀麦325、冀麦418、冀麦323为试验材料。选取同一天抽穗、开花的植株进行标记，于花后7～31 d每6 d取各品种籽粒样本，研究了灌浆期间干旱对籽粒中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、蛋白质、Fe、Zn、Mn、Cu含量、直链和支链淀粉积累量、淀粉积累速率及淀粉合成关键酶活性的影响。结果表明，在灌浆过程中，干旱胁迫显著降低了小麦籽粒蔗糖和葡萄糖的含量，对果糖含量的影响相对较小，高产品种冀麦325的蔗糖和果糖受干旱影响较小。干旱胁迫降低了小麦籽粒支链淀粉和总淀粉含量，对直链淀粉含量的影响相对较小。干旱胁迫对高产品种和优质品种淀粉含量的影响明显大于耐旱品种冀麦418。干旱胁迫在灌浆初期和中期提高了淀粉合成酶的活性，中后期活性较灌溉对照迅速下降。随籽粒灌浆的进行，4种微量矿质元素的含量呈下降趋势，在小麦籽粒中的表现为Mg > Fe > Zn > Mn。冀麦325籽粒的Fe、Zn和Mg积累量较高。研究干旱条件下不同类型小麦籽粒灌浆过程中营养物质积累差异，为优化栽培措施，实现专用小麦优质、高产、节水提供理论数据和参考依据。

研究短期淹水对土壤氧浓度的影响及不同叶龄水稻幼苗生物量、株高和根系氮代谢关键酶活性的影响，探讨短期淹水影响水稻幼苗生长和根系氮代谢的生理机制。试验分别在小拱棚自然光照条件下和人工气候箱中进行，共设置5个处理：全程无淹水处理（CK）、一叶一心期到二叶一心期淹水处理（T1）、二叶一心期到三叶一心期淹水处理（T3）、三叶一心期到四叶一心期淹水处理（T3）、全程淹水处理（T4）。结果表明，在淹水条件下，育秧土中的氧浓度迅速下降，在大约5 h后接近零，撤除淹水处理后，随着土壤中重力水的流失，在不到5 h内，土壤中的氧浓度迅速升高至大气氧浓度状态；不管是从哪个叶龄期开始，淹水处理在短期内促进了水稻幼苗生长，其地上部、地下部鲜质量均比对照增加；不同叶龄期实施的短期淹水处理对水稻根系硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶活性的影响基本一致，多数情况下降低了各种氮代谢酶的活性。不同叶龄期短期淹水处理对秧苗的影响并无明显差别，尽管如此，三叶期前短期缺氧处理对水稻幼苗根系氮代谢酶活性的短期影响不同于分蘖期及以后短期缺氧处理的影响。

为了探究脉冲光的占空比对园艺作物生长及光合作用的影响，以玻璃生菜为研究对象，在瞬时光强为200 μmol/（m²·s）、频率为128 Hz的条件下，测定了脉冲光不同占空比（20%，40%，60%，80%，100%）处理的生菜叶绿素含量、光合参数、生物量、光能利用率和叶绿素荧光参数。结果表明：60%，80%占空比处理下生菜的叶绿素含量、地下部鲜质量、地上部干质量、地下部干质量、PSⅡ的实际光化学量子效率Y（Ⅱ）和光合电子传递速率ETR与连续光（100%占空比）处理无显著差异，80%占空比处理的PSⅡ有效光化学量子效率Fv'/Fm'比连续光高出了6.44%，非光化学淬灭NPQ、调节性能量耗散的光量子效率Y（NPQ）分别比连续光降低了37.08%，33.86%。20%占空比处理的光能利用率虽然显著高于连续光，但叶绿素含量、生物量、净光合速率、Y（Ⅱ）等参数显著低于连续光处理，不利于生菜的正常生长。综合看来，频率为128 Hz的LED脉冲光均能节省电能，高占空比不仅在省电的前提下达到连续光基本相同的补光效果，而且更有利于促进PSⅡ光合电子传递，提高作物光合作用的潜能，为研发高效节能的LED植物补光灯提供了理论基础。

为明确不同耕作模式下插秧期与秧苗类型对水稻群体质量和产量品质形成的影响。选用垦粳7号为试验材料，三因素裂裂区设计，主区为垄作双深和常规平作2种耕作模式，裂区为（5月8日插秧（早插）和5月18日插秧（适插））2个插秧期，裂裂区为常规苗和乳苗2种秧苗类型。结果表明：耕作模式、插秧期与秧苗类型对主要生育时期水稻地上部干物质积累量、叶面积、叶面积指数（LAI）及产量品质均存在显著或极显著的调控效应。垄作双深耕作模式对水稻群体质量指标的调控显著高于常规平作，分蘖、齐穗、灌浆、成熟期叶面积分别提高了14.71%，9.16%，8.77%，2.10%，群体干物质分别增加了17.81%，5.98%，11.15%，5.53%；并对水稻产量及其构成因素影响显著，有效穗数及穗粒数分别提高了7.34%，2.00%，从而使产量提高了7.41%；在稻米品质上，提高了加工品质、光泽、味道、口感，从而使食味评分提高了2.52%。5月8日插秧相对于5月18日插秧提高干物质积累量、叶面积及叶面积指数（LAI）；并通过提高有效穗数、结实率和千粒质量从而显著提高水稻产量；在稻米品质上，降低了加工品质和蛋白质含量，提高了食味评分。常规苗（5月8日插秧）地上部干物质积累量、叶面积及叶面积指数较高，并维持较高的产量和较优的品质；乳苗（5月18日插秧）则显著提高了水稻群体质量，并通过维持较高的穗粒数，从而显著提高产量。垄作双深处理下，常规苗（5月8日插秧），具有较高的齐穗期-灌浆期阶段地上部干物质积累量（18.52 g/穴），和齐穗期、灌浆期叶面积指数（4.33，3.95），显著提高了穗粒数（115粒），从而可显著提高水稻的产量（38.11 g/穴）和食味评分（77.11分）为本研究最佳的处理。其次为垄作双深处理下，乳苗（5月18日插秧）使产量达到36.85 g/穴，食味评分为72.14分。

为了明确不同施肥处理下甜高粱不同生育期光合特性的变化规律及最佳施肥方式，采用大田试验，研究了CK、NK、NP、PK、NPK、M（有机肥）、NPKM、1.5NPKM等8个不同施肥处理新高粱3号不同生育阶段的叶片气孔导度（Gs）、胞间CO₂浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）、净光合速率（Pn）、叶绿素（SPAD值）以及水分利用效率（WUE）的变化规律及其对产量的影响。结果表明，不同施肥处理下高粱叶片的Pn、Gs、WUE和SPAD值在不同生育阶段的变化，呈先升高后降低的趋势，灌浆期达到峰值。Tr与Ci从开花期-成熟期的变化呈先降低后升高的趋势，在灌浆期为最低值。同一生育阶段不同施肥处理的光合特性有差异，叶片光合特性受施肥处理的影响。NPKM施肥处理成熟期的Tr、Gs、Ci值均比其他处理高，分别为3.64 mmol/（m²·s），328 mmol/（m²·s），439 μmol/mol。相关性分析表明，开花期NPKM处理的Pn与Tr、WUE呈显著正相关，NPK处理的Pn与Gs、Ci呈正相关。所有施肥处理的生物产量显著高于CK，其中NPKM处理生物产量达到94.81 t/hm²，NPKM生物产量比CK、M、1.5NPKM、NK、PK、NPK、NP分别增加97.95%，26.65%，20.24%，19.57%，15.16%，14.98%，11.74%。施肥影响新高粱3号叶片的光合参数并且有利于产量的增加，因此，利用高光效育种来提高生物产量是可行的。使用不同施肥方式来缓解甜高粱连作障碍的过程中应当注重采取不同的肥料配比。综合来看，有机肥、无机肥混合施用（NPKM）可改善光合条件，使产量达到最大值，因此，初步确认NPKM处理是促进干旱区连作高粱生长发育的最佳施肥模式。

为探究免耕半固态播种模式对水稻根系形态结构及生理活性的影响，通过设计翻耕半固态直播（FZ）、免耕半固态直播（MZ）、水稻插秧（YZ）和传统撒直播（CK）的田间对比试验，研究了不同栽培模式下水稻根系生长特性的变化规律。结果表明：2 a中不同栽培方式下根系形态结构、根系氧化活力、根系伤流液强度及其组分存在不同。FZ、MZ和YZ较CK处理水稻根系干物质、根数、根系体积、最长根长和根冠比等均增加，使得根系形态结构得到改善。与CK相比，2 a双季稻中FZ、MZ和YZ处理的根系氧化活力在分蘖期-成熟期均增加，且2017年根系伤流液强度在齐穗期-成熟期也均呈增加的变化规律，其中根系伤流液组分中可溶性糖、可溶性蛋白和氨基酸等含量均有所提高。综上所述，水稻半固态播种和插秧的种植方式有利于改善根系形态结构、提高根系生理活性、增加根系伤流液组分的含量，从而使水稻中后期根系衰老减缓，促进地上部生长、增加产量。

为探究木质部液流离子含量调控水稻水分胁迫响应的机制，以水稻品种恒丰优华占为材料，设置非水分胁迫（-PEG）、局部根系水分胁迫（PRD）、全根水分胁迫（+PEG）3种水分条件和铵、硝配比为50/50，100/0，0/100 3个氮素形态，采用PEG模拟水分胁迫的室内全根和分根营养液培养方法，研究不同水分和氮素处理植株干质量、叶绿素含量、木质部液流中K⁺、Ca²⁺和水溶性磷的变化规律。结果表明，处理5 d后，与-PEG条件相比，+PEG条件下各处理植株干质量显著下降，其中氮素形态为0/100处理下降最多，达到18.09%；PRD条件下各处理干质量下降较小，氮素形态为100/0处理仅下降了3.72%。在不同水分条件下，-PEG条件各处理的叶绿素含量最大，+PEG条件处理的最小，3种水分条件下均以100/0处理的最大，0/100处理的最小，其中处理5达到处理6的1.66倍，处理8达到处理9的2.42倍。处理5 d后，各处理植株的木质部液流钾离子含量和钙离子含量均增加，并且水分胁迫条件的处理均超过非水分胁迫条件的处理，但钾离子以+PEG条件的处理为最大，处理9比处理3提高5.48%，而钙离子则以PRD条件的处理为最大，处理4比处理1增加7.04%，在相同水分条件下，不同氮形态处理之间的钾离子及钙离子含量差异不显著。处理5 d后，试验各处理的木质部液流水溶性磷含量均下降，但-PEG条件的处理下降不显著，+PEG条件和PRD条件的处理下降显著，其中+PEG条件的处理平均下降了14.6%，+PEG和PRD 2种水分胁迫条件下均以50/50处理的降幅最小，0/100处理的降幅最大。这些结果说明，木质部液流中K⁺和Ca²⁺等参与了水稻水分胁迫响应过程。

探究养分专家（NE）管理对小麦玉米轮作体系氮肥利用率和土壤有机碳固存的影响，可为小麦玉米轮作体系培肥增效提供理论基础。2009年开始在华北小麦玉米轮作体系中设置不同管理模式定位试验，将NE管理与农民习惯（FP）管理进行对比，通过9 a田间试验，对不同管理模式下作物产量、氮肥利用率、土壤有机碳含量、固碳速率及固碳效率进行测定和计算，解析长期NE管理在小麦玉米轮作体系中的优越性。结果表明：与FP管理相比，长期NE管理降低了氮肥施用量，但小麦和玉米籽粒产量均无显著差异。NE管理玉米平均氮素累积回收率、农学效率、偏生产力分别较FP管理提高7.4百分点，39.7%，28.4%；小麦分别提高8.0百分点，28.9%，32.8%。9 a后NE管理与FP管理表层土壤有机碳含量均有所提高，但NE管理较FP增长较快，NE处理0~5 cm，5~10 cm，10~20 cm土壤有机质含量年增长速率分别为0.28，0.27，0.34 g/（kg·a），较FP年增长速率提高7.7%，68.8%，126.7%。NE和FP处理秸秆还田年均碳投入量分别为8.5，8.7 t/（hm²·a），固碳速率分别为1.35，0.68 t/（hm²·a），固碳效率分别为18.6%，0.4%（处理间差异显著）。养分专家管理可提高氮肥利用率，增加土壤有机碳固存，长期养分专家管理是小麦玉米轮作体系减肥增效、土壤有机碳库提升的重要措施之一，可保障该体系粮食高产稳产，助力其绿色发展。

为探明长期不同施肥下褐土锌形态变化规律及对有效锌的影响，以山西褐土为研究对象，通过对连续27 a的长期肥料定位试验中9个处理土壤样品进行分级测定，研究不同施肥条件下土壤有效锌的变化过程、不同形态锌的时空变化规律，并分析不同形态锌与有效锌的关系。结果表明，除N₂P₂处理外，其他施用无机肥处理土壤有效锌含量较试验初无显著变化，连续施肥27 a后，土壤有效锌含量为0.72～0.84 mg/kg；施用有机肥后显著增加了土壤有效锌含量（P<0.05），N₂P₁M₁、N₃P₂M₃、N₄P₂M₂处理土壤有效锌含量年增加速率分别为0.057，0.151，0.074 mg/（kg·a）；高量使用有机肥M₆处理，土壤有效锌达到7.37 mg/kg，远远超过了我国土壤养分等级分级标准限定。相关性分析和通径分析均表明，土壤中可还原态锌是褐土有效锌的主要来源，水溶性锌、弱酸溶态锌与有效锌之间的显著正相关是间接效应造成的。因此，有针对性地促进锌素向水溶态锌、弱酸溶态锌和可还原态锌转化，可以提高土壤中有效锌的含量，促进锌素的高效利用。

为明确不同磷效率小麦磷素吸收利用差异原因。利用“国家潮土肥力与肥料效益长期监测站”平台，研究磷高效品种许科168、磷低效品种兰考198在2种磷水平下（P0、P1分别代表低磷、正常磷处理）的根生物量、根系形态、根系活力以及磷素转运能力的差异。结果表明，相同处理，根干质量、根长、根表面积、根体积大体上表现为许科168大于兰考198。P0处理，根系平均直径表现为许科168小于兰考198。除越冬期，P1处理根系平均直径表现为许科168高于兰考198。相同处理，许科168根系活力高于兰考198。孕穗期两品种根活力差异最大，P0处理许科168是兰考198的1.36倍，P1处理下许科168是兰考198的1.34倍。相同处理，许科168籽粒产量、花前磷素转运量、花后磷素吸收量对籽粒磷素贡献率显著高于兰考198，而花前磷素转运量对籽粒磷素贡献率为许科168低于兰考198。与P1相比，P0处理2种磷效率小麦品种的根干质量、根长、根表面积、根体积、根系平均直径、籽粒产量、根系活力、植株磷素积累量、花前磷素转运量、花后磷素吸收量、花后磷素吸收量对籽粒磷素贡献率降低，而根冠比、花前磷素吸收量对籽粒磷素贡献率增加。磷高效品种许科168具有较高的根系活力、根系生物量、发达的根系，是作物吸收磷素的基础。磷低效品种兰考198由于生育前期根系生物量较小、生育后期根冠比较小、根系活力弱导致吸收磷素不足，从而造成磷效率低。综上，较高的磷素转运能力、籽粒分配能力以及合理的根冠比促进作物对磷素的利用，这是作物磷高效的重要因素。

土壤质量是作物产量的重要影响因素之一，而秸秆还田及合理施肥是调节土壤质量的关键措施。为探究提升土壤质量以及小麦产量的最佳秸秆还田与施氮互作方式，选用晋麦106号为供试材料，于山西汾阳开展长期定位试验，通过裂区试验，主区设置无还田、半量还田和全量还田3个秸秆还田水平，副区设置全量施氮、80%施氮、不施氮3个施氮量水平，研究秸秆还田与施氮量对土壤质量及小麦产量的影响。结果显示，相同处理下，0～20 cm土层土壤容重低于20～40 cm土层；秸秆还田与施氮互作下，秸秆还田量增加，土壤容重下降；其中，秸秆全量还田且全量施氮肥（SF1）处理时10～20 cm土层土壤容重最低；不同处理下土壤有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮以及全磷等养分层化比存在差异；SF1处理下，养分层化比最小，该互作条件对0～40 cm土层养分含量影响均较显著（P<0.05）；SF1处理下，土壤过氧化氢酶活性、碱性磷酸酶活性最高；秸秆全量还田且80%施氮（SF0.8）、SF1条件下产量显著高于其他处理条件（P<0.05），其中，SF1条件下产量最高。合理配比下进行秸秆还田与施氮互作，可明显提升土壤质量，增加小麦产量。

养殖废弃物（羊粪）的无害化处理是发展现代绿色生产的重要环节。以高温无害化处理的羊粪、松土促根剂、常规化肥进行不同配置，探讨其潮土区土壤单施及配施松土促根剂和发酵羊粪（化肥（CK）、化肥+松土促根剂（T1）、化肥+发酵羊粪（T2）、化肥+发酵羊粪+松土促根剂（T3））对土壤理化性状、朝天椒农艺性状、产量、品质的影响。结果表明，与化肥（CK）相比，施用松土促根剂、发酵羊粪可以改善土壤理化性质，促进朝天椒生长发育，提高产量及品质。其中，化肥+发酵羊粪+松土促根剂（T3）处理效果最好，与化肥（CK）相比，该处理土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别显著提高24.08%，18.08%，14.80%，15.56%，土壤粉粒显著提高9.05%，朝天椒株高、茎粗、有效分枝数分别显著提高25.71%，20.69%，28.81%，单株结果数、单果鲜质量及干质量分别提高29.05%，17.04%，18.94%，鲜椒显著增产37.75%，干椒显著增产39.43%，朝天椒果实Vc、还原糖含量分别显著提高19.91%，20.77%，但对硝酸盐和游离氨基酸含量无显著影响。综合考虑，松土促根剂、发酵羊粪与化肥配施（T3）对改良土壤、提高朝天椒品质及增产效果最好。

为了探究不同有机肥对旱直播水稻产量和干物质转运的规律，于2018年和2019年，以龙粳31为试验材料，在旱直播条件下比较了零肥（T0，对照）、常规施肥（T1，对照）、生物炭+常规施肥（T2）、海藻生物肥+常规施肥（T3）、凹凸棒有机肥+常规施肥（T4）、腐熟有机肥+常规施肥（T5）6种肥料处理下水稻的干物质积累、产量和产量构成的差异。结果表明：与T1相比，T3、T4、T5不同程度地提高了水稻齐穗期上三叶叶面积指数，而T2呈相反趋势；综合2 a水稻齐穗期-成熟期群体干物质量，与T1相比，水稻齐穗期T3、T4、T5处理平均增幅12.03%，5.07%，3.36%，T2降低14.73%，水稻成熟期群体干物质量，T3、T4、T5与T1之间差异虽不显著，但T3、T4、T5均表现不同程度大于T1的趋势，T2则降低14.11%；与T1相比，T3、T4、T5改善了齐穗期-成熟期群体结构，提高了叶和茎鞘的输出量、输出率和转化率，T2呈相反趋势；与T1相比，T3、T4、T5处理水稻实测产量平均分别增产4.40%，2.70%，2.98%，T2降低11.02%，通过产量构成分析发现，T3、T4、T5处理可有效提高每平方米穗数，但不利于穗粒数的提高，相关分析表明，产量与每平方米穗数呈极显著正相关关系，与穗粒数和千粒质量呈正相关关系，而与结实率呈极显著负相关关系。综上所述，施用海藻生物有机肥、凹凸棒有机肥和腐熟有机肥能有效提高旱直播水稻分蘖，增加穗数，改善齐穗期-成熟期群体结构，提高了叶面积指数和群体干物质量，促进叶和茎鞘物质输出和转化，最终使旱直播水稻产量得到提升。

开展了以减少设施菜田系统中氮源气体损失、提高肥料利用率为目的的田间试验。以设施黄瓜为例，通过设置对比常规施肥、减量施肥与不同硝化抑制剂型配比试验，连续5 a定位监测不同施肥处理下氮源气体排放规律，基于qPCR结果分析了氮源气体排放与氨氧化古菌AOA的互作关系，并应用高通量Illumina MiSeq平台测序，利用PICRUSt对16S rDNAV3-V4区基因系列数据进行分析，基于KEGG数据库对与氮代谢相关的功能基因进行了鉴定。结果表明，北方设施黄瓜-土壤系统的5个不同施肥处理中，增施硝化抑制剂DCD（处理In-1）与常规施肥（处理FT）和减量施肥（处理OPT）相比，每年向环境排放的氮氧化物（NO_x）排放总量分别减少76.5%和71.8%，减量施肥（处理OPT）和增施DCD分别比常规施肥（处理FT）氧化亚氮（N₂O）年排放总量减少28.4%和21.8%。明确了北方石灰性褐土设施黄瓜菜田中，增施DCD可显著抑制氨氧化古菌AOA种群数量，效果优于吡啶；氨氧化古菌AOA对NO_x排放起调控作用，氨氧化古菌AOA amoA基因拷贝数与土壤NO_x排放通量之间呈指数正相关关系：Y=121.18e^3E-08x（R²=0.840 5，P<0.05）。基于KEGG数据库的鉴定结果显示，在肥料减施（处理OPT）和硝化抑制剂（处理In-2）调控的土壤中，与同化途径相关的烯酰水合酶（K01692）、底物结合蛋白（K02035）以及转运系统ATP结合蛋白（K09687）系统代谢通路相关的功能基因相对丰度高，是响应上述调控变化最为敏感的氮循环途径。5 a间，与常规施肥（处理FT）相比，减量施肥（处理OPT）和增施DCD（处理In-1）的肥料偏生产力分别提升了32.1%~38.2%和17.8%~21.9%。因此，在北方设施菜田中，增施施氮量15%的硝化抑制剂和减量25%的肥料施用，可有效减少农田氮源气体排放损失，提高肥料利用率，并且明确了随着氨氧化古菌AOA种群数量的增加，NO_x的排放通量呈指数锐升的关系。为实现农业面源污染有效防控，促进我国农业高质量绿色发展提供了有力的科学依据。

为了找到玉米缓解重金属镉胁迫的方法，采用稀土镧缓解玉米镉胁迫的生理生化反应，结合转录组分析，研究其缓解机理。试验发现：Cd²⁺处理会抑制玉米幼苗的根长和地上部分的正常生长，并且这种抑制作用会随着Cd²⁺浓度的升高而变的愈发明显。低浓度的La³⁺溶液（10，20 mg/L）会对玉米幼苗的生长产生一定的促进作用，而较高浓度的La³⁺溶液（40 mg/L）则会对玉米幼苗的生长产生抑制作用。喷施镧溶液会使Cd²⁺胁迫下的玉米幼苗生长状况得到改善，SOD、POD、CAT的活性与镉胁迫相比显著降低，但是与对照相比还是略高。采用二代测序技术，对镧处理下镉胁迫玉米根部样品进行转录组分析。以单独镉处理为对照，分析其差异表达基因，发现差异表达基因主要富集在淀粉和蔗糖代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、苯丙氨酸代谢以及植物激素信号转导4条通路。通过试验得出，喷施镧溶液可以缓解玉米幼苗受到的镉胁迫，但不会使其恢复到正常状态。通过转录组测序推测出稀土缓解重金属胁迫的原因可能与以上4条通路的相关基因有关，为后续针对稀土响应重金属胁迫的相关研究提供了候选分子资源。

为了培育优良的抗虫玉米自交系，通过农杆菌介导的方法，将含有自主改造合成的抗虫基因Cry1Ab-t的植物表达载体pCAMBIA3300m导入玉米杂交种HiⅡ基因组中，通过双丙氨磷筛选、PCR检测获得阳性转基因植株，采用RT-PCR、试纸条、ELISA方法检测外源基因的表达情况，并进行抗虫性鉴定。结果表明，用双丙氨磷筛选后，获得了116株转基因玉米植株；经目的基因Cry1Ab-t和标记基因Bar的PCR检测，获得转基因阳性植株82株。选取长势好的转基因材料YA108进行RT-PCR、Bt-Cry1Ab/Ac试纸条和ELISA分析发现，转基因玉米YA108的Cry1Ab-t基因在转录、翻译水平上均表达。玉米花丝接虫试验表明，非转基因玉米花丝虫食严重，表现为高感玉米螟；而转基因玉米YA108花丝抗虫效果明显，均达到高抗水平，抗虫性表现稳定；吐丝期接虫试验表明，非转基因玉米接虫后期被咬食严重，茎秆多处有蛀孔，伤口处大多有霉菌，而转基因玉米YA108没有受到危害。田间接虫后，无论叶片和花丝，转Cry1Ab-t基因抗虫玉米材料YA108对亚洲玉米螟都具有非常好的抗性，能够短时间杀灭玉米螟幼虫，并极大程度减少了由于虫害引起的霉变。室内和田间接虫鉴定结果表明，转基因玉米YA108对亚洲玉米螟有较强的杀虫效果，田间抗虫等级为1级，抗性水平为高抗。

旨在克隆牦牛Sirtuin7（SIRT7）基因，预测其蛋白结构和功能，并检测其mRNA在牦牛各组织和不同发情时期卵巢中的表达。采集成年牦牛（3~5岁）的肝脏、乳腺、大肠、肾等组织及处于卵泡期、红体期、黄体期的卵巢。提取各组织的总RNA，并通过反转录PCR（Reverse transcription PCR，RT-PCR）扩增获得牦牛SIRT7的基因序列。通过不同的生物信息学软件比对SIRT7基因的序列同源性、构建系统进化树以及预测牦牛SIRT7所编码蛋白的结构和功能。采用实时荧光定量PCR（Quantitative real-time PCR，qRT-PCR）方法检测SIRT7 mRNA在牦牛各组织和不同发情时期卵巢中的表达。结果显示，牦牛SIRT7基因的开放阅读框（Open reading frame，ORF）大小为1 203 bp，编码400个氨基酸。牦牛SIRT7基因的核苷酸序列与黄牛、绵羊、山羊的同源性较高。SIRT7蛋白为亲水性蛋白。二级结构由α-螺旋（47.4%）、β-折叠（29.7%）、β-转角（15.7%）及无规卷曲（7.2%）组成。磷酸化和糖基化分析结果表明，SIRT7蛋白有38个磷酸化位点，24个O-糖基化位点。荧光定量结果为，SIRT7 mRNA在牦牛的肾中表达最高。在牦牛卵巢中，卵泡期、红体期、黄体期SIRT7 mRNA的表达量呈持续升高的趋势，其中黄体期表达量最高。为揭示SIRT7在牦牛生长发育，尤其是卵巢发育过程中的调控作用提供一定的基础数据。

旨在获得山羊Kruppel样因子6（Kruppel-like factor 6，KLF6） CDS序列，明确其组织及在皮下脂肪细胞分化过程中的表达模式。利用RT-PCR技术克隆山羊KLF6基因序列，利用生物学软件及在线网站对获得的KLF6基因进行序列分析。利用实时荧光定量PCR（Quantitative Real-time PCR，qPCR）技术检测KLF6在山羊各组织中的表达丰度及成脂诱导分化不同阶段皮下脂肪细胞中的表达水平。结果显示，获得山羊KLF6基因全长序列1 233 bp，其中包括CDS区957 bp，编码318个氨基酸残基，与牛和绵羊的亲缘关系最近。KLF6基因在山羊各个组织中都有广泛表达，且在脂肪组织中高表达，极显著高于其他组织（P<0.01）。KLF6在诱导分化60 h的山羊皮下脂肪细胞中的表达量极显著高于在前体脂肪细胞中的表达水平（P<0.01）。获得山羊KLF6基因序列并明确其分子特征，发现其在脂肪组织中存在高表达，且在分化后表达水平显著高于分化前的表达水平，为最终揭示KLF6调控山羊脂肪细胞分化提供重要数据。

旨在建立一株稳定表达禽β防御素2（AvBD2）的细胞系，并检测细胞系分泌产物对耐药菌株的抑制效果。首先，根据同源重组设计方法设计一组含有同源臂的AvBD2基因扩增引物及载体反向扩增引物，将片段连接至pLOV-eGFP真核表达载体，构建真核重组质粒pLOV-eGFP-AvBD2，利用三质粒表达系统将重组质粒与慢病毒包装质粒pSPAX2、外膜质粒pMD2.G共转染293T细胞，收集细胞分泌上清液感染DF-1细胞，嘌呤霉素最适浓度筛选获得阳性克隆细胞系，通过RT-PCR技术和Western Blot方法对该细胞系构建结果加以验证；将细胞系分泌产物与耐药大肠杆菌菌株混合培养后，检测该蛋白抗菌效果，并通过扫描电镜观察菌体的损伤现象。结果表明，已成功构建一种稳定表达AvBD2蛋白的DF-1细胞系，其最适筛选浓度为含有1 μg/mL的嘌呤霉素的细胞培养液。该细胞系传递20代后，在mRNA转录水平及蛋白表达水平均验证正确，将细胞系的分泌产物培养耐药大肠杆菌，细菌存活率曲线显示随着培养时间的增加，细胞系上清可明显抑制耐药菌株的增殖，在培养第5小时使供试菌的存活率低于50%。扫描电镜显示供试菌体表面皱缩，存在明显损伤，而对照组菌体光滑饱满。建立了稳定表达AvBD2蛋白的DF-1细胞系，为抗生素替代品的生产制备提供探索方向，同时也为后续评价和研究AvBD2的抗菌作用奠定基础。