基于寡核苷酸探针套painting的染色体鉴定技术简单、经济和高效, 可以促进小麦品种及亲缘物种染色体识别和变异体鉴定, 提高染色体工程效率。我们前期开发了寡核苷酸探针套, 包含pAs1-1、pAs1-3、AFA-4、(GAA)₁₀和pSc119.2-1共5个探针。本研究通过一次荧光原位杂交(FISH), 对源于17个非整倍体的18份材料分析发现, 其中14个染色体组成正确, 可以清晰识别相应的缺体、四体和端体。还构建了基于寡核苷酸探针套涂染的、能准确识别3个基因组和7个部分同源群染色体的高清核型, 发现4个非整倍体发生变异, 其中从N5BT5D中鉴定出一个可能的小片段相互易位系T6AS·6AL-6DL和T6DS·6DL-6AL。进一步对7个地方品种、10个栽培品种(系)和1个人工合成小麦分析, 发现15条染色体存在多态性, 涉及6条B组(除4B)、5条A组(除1A和3A)和4条D组(1D、2D、4D和7D)染色体, 可以清晰识别我国小麦生产上广泛应用的3种易位类型(T1RS·1BL、T6VS·6AL及相互易位T1RS·7DL和T7DS·1BL), 省去了基因组原位杂交(GISH)程序。另外, 对5个亲缘物种分析发现, 该探针套可以识别栽培一粒小麦、硬粒小麦Langdon、荆州黑麦、长穗偃麦草(2n=2x=14)全部和中间偃麦草30条染色体, 并构建了这5个物种的核型。本研究结果证实该寡核苷酸探针套可以有效用于小麦及亲缘物种染色体鉴定, 高清晰的中国春非整倍体核型为小麦染色体工程提供了参考标准。

油酸含量是评价大豆油食用品质和稳定性的重要指标。本研究采用农杆菌介导转化法，将反义GmFAD2-1B基因导入栽培大豆品种，获得油酸含量显著提高的转基因大豆新品系。Southern杂交检测表明，外源GmFAD2-1B基因片段已导入大豆基因组，其插入拷贝数为1~5个。qRT-PCR检测表明，外源GmFAD2-1B主要在大豆种子中表达，并导致种子中内源GmFAD2-1 mRNA表达水平显著降低，而根、茎、叶、花组织中内源GmFAD2-1 mRNA表达水平无显著变化。脂肪酸组分分析表明，12份转基因大豆种子油酸含量为27.38%~80.42%，其中，L40和L72油酸含量分别为68.91%~80.42%和65.98%~80.22%，较对照品种Williams 82 (17.8%~22.0%)提高2.65倍以上，亚油酸降低至4.84%~14.55%，饱和脂肪酸降低至10.34%~11.16%，但总脂肪和总蛋白含量与对照品种相比没有显著变化。农艺性状分析表明，转基因大豆在熟期、株高、叶形、花色、结荚高度、百粒重等方面与对照品种也没有显著差异。

灰飞虱是我国水稻生产的主要害虫之一，不仅直接取食危害水稻，还是水稻主要病毒病的传播介体，严重制约水稻生产。籼稻品种MR1523对灰飞虱表现较强的排趋性。为发掘抗灰飞虱新基因，本研究利用MR1523与感虫粳稻品种苏御糯构建了一个包含200个家系的F2：3分离群体，进行灰飞虱抗性鉴定。并利用120对均匀分布在水稻12条染色体的多态性SSR标记，构建了全基因组连锁图谱，进行抗灰飞虱QTL定位。结果分别在水稻第2、第5和第6染色体上检测到Qsbph2、Qsbph5a、Qsbph5b和Qsbph6 4个抗灰飞虱QTLs，分别位于分子标记RM526–RM3763、RM17804–RM13、RM574–RM169和RM190–RM510之间，LOD值分别为2.14、3.13、3.23和2.35，贡献率分别为12.0%、14.7%、17.4%和14.1%，各QTL的抗性等位基因效应均来自抗虫亲本MR1523。该结果为后续抗灰飞虱基因的精细定位及通过分子标记辅助选择培育抗灰飞虱水稻新品种奠定了基础。

丙环唑(propiconazole，简称Pcz)作为一种杀菌剂被广泛应用于作物生产，它同时具有调节作物生长发育的作用，但关于丙环唑在玉米上的应用研究较少。本研究以玉米品种郑单958为材料，研究丙环唑(Pcz)对玉米苗期植株生长、细胞形态和激素信号的影响。结果表明，Pcz处理显著抑制玉米中胚轴与胚芽鞘的生长，降低株高，缩短叶片和叶鞘长度，减小叶夹角，同时显著抑制叶片和叶鞘细胞的纵向伸长，促使叶枕细胞排列由疏松变为紧密；Pcz处理显著降低玉米中赤霉素(GA)的含量，下调GA3ox1基因的表达，上调GA钝化酶基因GA2ox5和GA2ox8表达，而GA合成酶基因GA20ox1的表达呈现先上调后下调模式；Pcz处理显著降低油菜素内酯(BR)含量，但BR合成基因CPD和DWF4的表达上调，可能是由于反馈调节。此外，Pcz处理下调扩张蛋白基因EXPA4、EXPA5和木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶基因XTH1、XET1的表达。综上所述，Pcz处理调节GA和BR信号转导途径，抑制GA和BR在植株内积累，调控扩张蛋白、木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶基因表达，操纵细胞生长，有效调控株型。

利用多亲本高代互交系(multi-parent advanced generation inter-cross, MAGIC)群体(DC1、DC2和8way)及其复合群体DC12 (DC1+DC2)和RMPRIL (DC1+DC2+8way)进行关联分析定位水稻抽穗期和株高QTL。2015年和2016年分别在江西和深圳收集3个MAGIC群体抽穗期数据, 2016年在两地收集株高数据, 结合Rice 55K SNP芯片进行基因分型, 利用关联分析方法检测到3个影响抽穗期的主效QTL (qHD3、qHD6和qHD8), 分别位于第3、第6和第8染色体, 且分别与已知抽穗期基因DTH3、Hd3a和Ghd8在同一区域。检测到5个影响株高的QTL (qPH1.1、qPH1.2、qPH1.3、qPH4和qPH6), 其中qPH1.1和qPH1.2位于已知基因Psd1和sd1附近, 其余3个QTL为影响株高的新位点, 但仅在1个群体和单个环境下被检测到, QTL表达受遗传背景和环境影响大。不同MAGIC群体定位抽穗期和株高的效果不同, 在8亲本MAGIC群体8way及复合群体DC12和RMPRIL分别检测到5、5和6个抽穗期和株高QTL, 明显多于4亲本群体DC1的2个和DC2的4个, 而且作图的精度更高, 表现在定位到的QTL显著水平高和与已知基因距离更近, 尤其是复合群体的联合分析(如DC12和RMPRIL)的作图优势更为明显。研究结果为抽穗期和株高有利基因挖掘奠定了基础, 同时为分子育种提供材料和有利信息。

近年来，优良食味粳稻品种南粳46、南粳5055和南粳9108在江苏等地大面积推广，促进了优质稻米产业的发展。但这些品种均不抗稻瘟病，且缺乏适合在淮北地区种植的中熟中粳型优良食味粳稻品种。本研究以同时携带稻瘟病抗性基因Pi-ta和Pi-b的江苏抗病、高产粳稻品种武粳15为母本，携带低直链淀粉含量基因Wx-mq的优良食味粳稻品种南粳5055为父本配置杂交组合进行聚合育种。利用Pi-ta和Pi-b基因的分子标记多重PCR体系以及Wx-mq基因的四引物扩增受阻突变体系PCR检测技术，分别在不同的分离世代对目标基因位点进行检测，结合田间多代选育、抗性鉴定和籽粒胚乳外观鉴定，成功地将Pi-ta、Pi-b和Wx-mq基因聚合于一体，选育出稻瘟病抗性好、食味品质优、产量高的水稻新品系“南粳0051”，适合在江苏省淮北地区种植。本研究将三套自主研发的PCR检测体系成功应用于分子标记辅助选择，不仅为水稻多基因聚合育种提供了快捷、高效的选择方法，也为水稻抗病、优质育种创制了新的种质资源。

假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)是我国近年新发现的小麦病原真菌，本研究目的是揭示植物激素信号传导途径中相关基因表达对假禾谷镰孢侵染的响应。利用假禾谷镰孢野生菌株WZ2-8A侵染小麦品种周麦24，对接种后5 d和15 d样品进行转录组测序，分析差异表达基因，并对候选基因进行qRT-PCR验证。假禾谷镰孢侵染后，小麦幼苗生长受到明显抑制，根长、株高、根重和地上部分鲜重均显著降低。转录组结果分析表明，植物激素信号传导途径中有29个基因差异表达，涉及到生长素、细胞分裂素和脱落酸3种植物激素。在接种后5 d有11个差异表达基因，其中2个上调，9个下调；在接种后15 d共有25个差异表达基因，其中8个上调，17个下调。在生长素信号传导途径中，生长素输入载体AUX1差异表达，影响生长素的极性运输，从而影响小麦根部的细胞伸长。在细胞分裂素信号传导途径中，起正调控作用的B-ARR上调表达，推测其促进细胞分裂素的信号传导，从而抑制细胞分裂，与生长素协同作用，造成小麦的长势减弱。在脱落酸途径中，脱落酸受体PYR/PYL下调表达；起到负调控作用的PP2C相关基因均上调表达。脱落酸使植物对真菌和细菌的抗性起到负调控作用，其信号传导途径与茉莉酸/乙烯途径相互拮抗，脱落酸信号传导途径的阻遏可能会使茉莉酸/乙烯途径信号通路打开。qRT-PCR结果基本能够和转录组测序结果相拟合，说明在假禾谷镰孢侵染胁迫下，脱落酸的信号传导被抑制可能是中抗品种周麦24对假禾谷镰孢产生一定的抗性的生理基础。

以正常生长和高温干旱复合胁迫下甘蓝型油菜中双10号的茎和根为材料，采用组织化学、生物化学、气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析技术，研究了木质部结构和木质素成分的胁迫应答规律及其在茎和根中的差别。冰冻切片组织化学染色显示，与正常生长的网室植株(正常植株)相比，高温干旱下生长的温室植株(胁迫植株)的茎和根中木质部均显著加厚，染色更深；与此对应，溴乙酰法测定的茎木质素总量比对照增加31.64%。此外，胁迫茎中的导管孔径明显变小，但根中的导管孔径和导管数量均明显增加。硫代酸解法测定木质素单体表明，胁迫茎中被解离出的木质素单体总量比对照降低40.08%，说明有更高的缩合键比例；S/G值(1.82)比对照(1.29)大大增高，说明S型木质素比例增加而G型木质素比例下降。油菜茎与根木质化性状比较显示，根木质素比茎木质素含有更高比例的缩合键，茎中S型木质素占主体(S/G=1.29)，而根中G型木质素占主体(S/G=0.49)且H型木质素含量(7.43%)比茎中(0.83%)高近10倍。H型和G型木质素单体的苯环甲基化程度比S型低，单体间更容易形成缩合键，根中高比例H型和G型木质素单体可能是导致其具有高比例缩合键的主要原因。

郑麦103是一个高抗条锈病的小麦新品种，为明确其携带的抗病基因，用郑麦103与感条锈病品种农大399杂交构建分离群体，用条锈菌CYR32、CYR33和CRY34 (V26)混合菌系进行田间接种和成株期抗性鉴定，对214个F_2:3家系的条锈病抗性进行遗传分析，初步确定郑麦103的抗条锈性由单个主效基因控制，定名为YrZM103。通过BSR-Seq技术开发了6个与YrZM103紧密连锁的分子标记，将YrZM103定位于染色体臂7BL分子标记ZM215和ZM221之间，遗传距离分别为11.8 cM和6.9 cM。利用7BL染色体上与其他已知抗条锈病基因紧密连锁的分子标记进行比较作图，发现YrZM103是不同于7BL末端其他抗条锈病基因的新基因。

水稻叶片形态是理想株型的重要组成部分，控制叶片形态基因的挖掘对于塑造水稻理想株型，实现水稻超高产目标具有重要意义。本研究利用广陆矮4号为受体亲本，日本晴为供体亲本构建的一套染色体片段代换系，对水稻上三叶(倒一叶、倒二叶和倒三叶)形态性状与单株籽粒产量进行了相关性分析，并开展了相关QTL定位。结果表明，除剑叶宽外，水稻上三叶的叶长、叶宽都与单株产量呈极显著正相关。同时，通过单因素方差分析和Dunnett’s多重比较，在两年间重复检测到20个控制叶形的QTL，其中叶长QTL 13个，8个表现正向效应，5个表现负向效应；叶宽QTL 7个，4个表现正向效应，3个表现负向效应。这些QTL的鉴定为水稻叶形性状的分子改良提供了重要遗传信息。

以Bt棉常规种泗抗1号和杂交种泗抗3号为材料, 于盛蕾期设计不同程度涝渍(土壤持水量为最大持水量的90%、100%, 渍水2 cm)胁迫4 d以及土壤持水量为最大持水量90%逆境下持续胁迫24~120 h的试验, 探讨棉蕾中Bt杀虫蛋白表达量变化及相关氮代谢生理机制。结果表明, 土壤不同涝渍程度影响棉蕾Bt蛋白含量。土壤持水量为最大持水量的90%、100%和渍水2 cm处理胁迫后, 常规种泗抗1号棉蕾中Bt蛋白含量分别下降36.5%、42.1%和51.4%, 杂交种泗抗3号分别下降19.2%、57.2%和64.5%。90%的土壤持水量持续胁迫96 h使棉蕾Bt蛋白含量开始显著下降, 泗抗1号和泗抗3号分别下降20.8%和17.6%。随着胁迫时间延长下降幅度增大。不同涝渍程度或水渍持续胁迫条件下, 棉蕾中可溶性蛋白含量, 硝酸还原酶(NR)、谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性下降, 游离性氨基酸含量, 肽酶、蛋白酶活性增加。说明涝渍逆境下, 棉蕾中蛋白质合成能力下降、分解能力增强, 引起可溶性蛋白包括Bt杀虫蛋白含量下降, 导致棉蕾抗虫性下降。

以大花生品种606为材料，设置基肥∶拔节期∶始花期比例为35%∶35%∶30%，调查同比例的普通复合肥（JCF）和控释复合肥（JCRF）施用后麦套花生叶片光合性能及产量和品质变化，以期探明花生叶片光系统II性能对不同肥料类型的生理反应机制。结果表明，花生结荚后期，各处理叶面积指数（LAR）、叶绿素含量（Chl）和净光合速率（P_n）均呈降低趋势；与JCF处理相比，施用控释复合肥显著增加了花生叶片Chl含量，提高了LAR和P_n，延缓了叶片衰老。JIP-test分析表明，施肥可以引起荧光诱导曲线（OJIP曲线）显著变化，其中K、J和I点的荧光强度值明显降低。JCRF处理显著提高叶片捕获的激子将电子传递到电子传递链中Q_A下游的其他电子受体的概率（Ψ_o）和以吸收光能为基础的性能指数（PI_abs），降低K点的可变荧光F_K占F_j–F_o振幅的比例（W_k）和J点的可变荧光F_j占振幅F_o–F_p的比例（V_j），表明PSII反应中心电子传递链综合性能以及供体侧和受体侧的电子传递能力均明显提高，其中受体侧性能的改善大于供体侧。与普通复合肥处理相比较，控释复合肥处理的荚果产量和籽仁产量分别提高11.3%和15.2%，同时显著增加了花生籽仁蛋白质、脂肪和可溶性糖含量，提高了脂肪中油酸/亚油酸（O/L）的比值。因此，在等N-P₂O₅-K₂O比例和等养分条件下，控释复合肥较普通复合肥可显著改善麦套花生叶片光合性能，有利于提高产量和改善品质。

水杨酸(SA)、脯氨酸(Pro)和γ-氨基丁酸(GABA)在植物生长发育以及抵御逆境胁迫中起重要作用。为了研究三者复配对盐胁迫下水稻产量是否具有协同增效作用，本文采用三元二次通用旋转组合设计，建立了SA、Pro和GABA复配剂与盐胁迫下水稻产量之间的数学模型，通过频数分析获得SA、Pro与GABA复配优化组合方案。结果表明，二次模型拟合较好，对盐胁迫下水稻产量的影响程度为SA>GABA>Pro，SA与GABA，Pro与GABA之间交互作用对盐胁迫下水稻产量有显著影响。模拟寻优获得提高盐胁迫下水稻产量10%以上的最佳复配组合为SA0.44~0.51 mmol L^-1、Pro27.63~31.20 mmol L^-1、GABA3.55~4.28 mmol L^-1。外源SA、Pro与GABA单剂和复配剂对盐敏感品种牡丹江30的调控作用大于耐盐品种龙稻5。SA或Pro与GABA复配对盐胁迫下水稻产量的影响具有协同作用，而SA与Pro复配效果与品种耐盐性差异有关。SA、Pro和GABA三者复配效果优于两两复配，任意单剂与其他2种外源物质复配对水稻产量的影响均存在协同作用。

以4个抗豆象绿豆品系B18、B20、B24和A22为试材, 以感虫绿豆品种晋绿1号为对照，研究了不同绿豆中胰蛋白酶抑制剂活性及其在高温、酸碱及超声波下绿豆的胰蛋白酶抑制剂稳定性。结果表明，4个抗豆象绿豆品种胰蛋白酶抑制剂活性均显著高于对照感虫品种，且均与对照在0.01水平差异极显著，其中B18活性最高，高达70.2 TIU g^–1，B20和A22活性次之，B24活性最差，但仍高达55.2 TIU g^–1。4个抗豆象绿豆品种在不同温度、不同pH和不同振幅超声波下，残余活性均比对照高，且残余活性均随温度升高、温浴时间延长而降低，pH在2~12之间，随pH值的升高，残余活性均呈现先升高后降低的趋势，且pH值为6~8之间残余活性最高，残余活性也随超声波辐射强度升高、时间延长而降低，且4个抗虫品种中B18的耐高温性、耐酸碱性和耐辐射性最强，B20次之，B24的耐高温性、耐酸碱性最差，A22耐辐射性最差，说明在不同温度、pH和超声波处理后，B18、B20是抗豆象绿豆胰蛋白酶抑制剂残余活性保存最高的2个品种，应用价值较大。

固定道垄作(PRB)是在农田中设固定的机械行走道的一种垄作和沟灌栽培模式, 是河西灌区春小麦取代传统平作和大水漫灌种植方式的一种新技术。为了明确PRB种植模式下合理的施氮水平和灌水量, 2014—2015年连续2年采用二因素裂区设计, 以3种灌溉定额(1200、2400和3600 m³ hm^–2)为主区, 以4种施氮水平(0、90、180和270 kg hm^–2)为副区, 研究水氮耦合对小麦不同生育期的根长密度及最终产量的影响。随灌水量和施氮量的增加, 根长密度呈现先增后降的变化趋势, 且灌水量的效应大于施氮水平的效应; 开花、灌浆和成熟期的根长密度与籽粒产量呈正相关。回归分析显示, 根长密度最大值的水氮耦合条件是灌水量约2850 m³ hm^–2、施氮量196~207 kg hm^–2。中等灌水量(2400 m³ hm^–2)条件下, 小麦主要生育期根长密度显著增加, 提高了根长密度在40~80 cm土层的分配比例, 增加了水分利用效率和氮肥农学利用效率。综合评价小麦籽粒产量、水分利用率和氮肥农学利用效率, 中等灌水量与中氮水平(180 kg hm^–2)是所有处理中的最佳水氮耦合模式, 可用于河西灌区春小麦PRB栽培模式。当加大灌水至3600 m³ hm^–2时, 产量没有显著增加, 水分利用效率和氮肥农学利用效率显著下降, 其原因可能是高灌水量使小麦主要生育期的根长密度降低, 且根长密度在0~40 cm土层的比例升高, 在40~80 cm土层的比例下降。

直链淀粉含量是影响稻米食味品质的重要因素，主要由蜡质基因(Wx)调控，Wx基因座存在Wx^a、Wx^b、Wxⁱⁿ、Wx^mw等多个复等位基因，通过分子标记辅助选择(marker-assisted selection, MAS)培育中低直链淀粉含量的水稻品种是提高稻米适口性的重要途径。Wx复等位基因的功能由单碱基核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNP)决定，其检测依赖于测序或酶切，存在耗时多、费用昂贵等缺点。为提高选择效率，本文利用Wx复等位基因的SNP差异和四引物扩增受阻突变(tetra-primer ARMS-PCR)原理，进行PCR功能标记的开发。引物设计过程中，针对扩增效率低和非匹配的延伸2个技术难题，提出了调整错配位点的解决方案，成功开发了基于PCR技术的两对功能性标记Waxy^gt-ARMS²和Waxy^ac-ARMS²，可以准确区分上述复等位基因型，且具有操作简单、耗费较低的特点。利用新开发标记对辽宁省育成的部分水稻品种进行Wx基因型检测的结果表明，40份辽宁育成品种均携带Wx^b基因，遗传基础单一。上述结果为利用Wx基因位点的分子标记培育中低直链淀粉含量的水稻品种，改良辽宁省水稻品种的食味品质提供了技术支撑。

甜菜是我国重要的糖料作物，其生物产量高，需水量大，合理灌溉是节约用水、提高产量的有效措施之一。本试验连续两年研究了内蒙古半干旱地区膜下滴灌条件下，不同灌水量甜菜块根产量与叶面积指数、净光合速率、蒸腾速率、叶水势、土壤含水量和耗水量之间的关系，以及不同灌水量对甜菜产量和水分利用效率的影响。结果表明，高产甜菜的叶面积指数在叶丛快速生长期大于7.37，在块根糖分增长期和糖分积累期分别为6.08~6.51和4.19~5.57，在叶丛快速生长期、块根糖分增长期和糖分积累期叶水势分别为–0.09~ –0.22 MPa、–0.18~ –0.39 Mpa和–0.26~ –0.48 MPa，净光合速率分别为21.28~28.23 μmol m^–2 s^–1、21.90~28.75 μmol m^–2 s^–1和22.06~26.58 μmol m^–2 s^–1，蒸腾速率在叶丛快速生长期和块根糖分增长期分别为9.36~10.21 mmol m^–2 s^–1和6.37~7.73 mmol m^–2 s^–1，在糖分积累期大于4.69 mmol m^–2 s^–1，耗水量分别为140.15~312.78 mm、44.93~200.45 mm和56.32~113.06 mm。甜菜产量、产糖量、水分利用效率均高的合理灌溉量，在丰雨年份(生育期降雨量>500 mm)为1350 m³ hm^–2，在少雨年份(生育期降雨量<300 mm)为1800 m³ hm^–2，为甜菜节水灌溉提供了理论依据和生理指标。