摘要：粮食是人类生存之本,也是社会发展和国家稳定的基石.未来世界粮食安全依然面临挑战.分子设计育种是解决未来粮食供应安全的重要途径,但是目前分子设计育种在理论、技术以及规范化方面还存在诸多瓶颈.本文针对未来农业和粮食生产的需求,归纳了我国和全球面临的粮食安全问题、育种技术的发展历程和我国分子设计育种取得的成绩,提出了未来分子设计育种的发展趋势,探讨了我国分子设计育种面临的瓶颈和对策.同时,围绕分子设计育种科技创新中亟需解决的问题,提出了面向2035年的战略布局,以期为我国未来农业的发展提供重要借鉴与参考.

摘要：类受体激酶(RLKs)是一类数量庞大的跨膜蛋白激酶家族,在植物细胞之间以及细胞与环境的信号交流中发挥重要作用。RLKs的胞外区能特异识别并结合胞外信号和环境刺激因子,并通过与共受体互作将信号传递至细胞内,从而参与调控植物生长发育及环境适应性。目前已发现水稻(Oryza sativa)基因组至少含有1131个RLKs成员,接近于拟南芥(Arabidopsis thaliana)中RLKs数目的2倍。根据胞外区的基序和结构域特征,水稻RLKs被划分为20多个亚家族。近年来,虽然有一些RLKs胞外区的配体和激酶区的作用蛋白被相继报道,但大多数水稻RLKs的生物学功能仍不明确。该文详细总结了近年来有关水稻RLKs结构和功能的重要研究进展,并展望了RLKs未来的研究方向,旨在为深入揭示RLKs的功能以及绿色高产水稻分子设计育种奠定理论基础。

摘要：mRNA差异显示 (DDRT PCR)技术在哺乳动物早期胚胎发育相关基因研究中的应用 ,因获得足够量的早期胚胎材料困难而受到限制 .通过对DDRT PCR技术各种条件参数进行优化组合 ,并对某些环节进行改良 ,以小鼠的MⅡ卵、2 细胞胚胎和 4 细胞胚胎为材料进行差异显示 ,仅以相当于5 0个卵细胞的量为起始材料 ,便得到了理想的差示结果 .从差异条带中挑取感兴趣的差异条带进行回收、阳性鉴定、亚克隆、序列分析、并在反向Northern杂交基础上设计了鉴定实验 .结果发现 ,有一个片段差异显著且是阶段性特异表达 .经GenBank检索 ,发现该片段仅有同源的EST ,其全长及功能尚不清楚 ,是一个功能未知基因 ,将该片段命名为ed1.反向Northern杂交结果表明 ,ed1在 2 细胞期胚胎中有表达 ,而在MⅡ卵及 4 细胞胚胎中均不表达 .

摘要：氮是影响植物生长发育的重要矿质营养元素,也是叶绿体、核酸、蛋白质以及很多次生代谢产物的重要组成成分。增加氮肥施用是农作物增产的主要手段,但同时也会带来土壤酸化、水体富营养化、农业生产成本增加等问题。提高氮肥利用效率(nitrogen use efficiency, NUE)是解决这一问题的主要途径。现就近年来植物中氮素吸收、转运、同化及氮信号转导的分子机制等研究进展进行概述,以期为作物氮高效利用的分子设计育种提供理论基础。

摘要：在太行山区发展生态旅游,是推进生态文明建设、保障国家区域生态安全、助力“脱贫攻坚”和“乡村振兴”的重要路径。其中,住宿设施设计是在太行山区推广生态旅游过程中要解决的关键问题之一,现阶段太行山区旅游住宿设施缺乏合理的规划设计,存在空间功能单一、没有将生态文明理念和地域特色融入、配套设施不完善等问题。因此,该文以井陉北方祖山风景区为例,立足于生态旅游者多样居住需求,从人与自然和谐共生角度入手,提出了太行山区生态树屋、房车营地、康养民宿3种特色生态旅游住宿设施的设计方案,为推动太行山区绿色发展与促进人与自然和谐共生发挥重要的积极作用。

摘要：空育131粳稻(Oryza sativa ***)品种因具有早熟质优、丰产稳产及耐低温冷害等优点成为黑龙江省的第一大主栽品种。为了挽救其近年来由于感染稻瘟病而从生产上退出的局面,通过对主栽品种空育131基因组的重测序和扫描,明确其遗缺多个优良抗稻瘟病Pi基因(Pi2、Pi9、Pi36、Pi5-1、Pb1、Pid3、Pi25、Pikh、Pi1、Pik-m、Pik-p和Pi56t等),并通过回交育种的方法,将MP水稻材料中的Pb1广谱抗瘟基因片段导入空育131染色体组中。该基因组的再构建过程尽可能不改变原品种的其它优良性状,并利用控制目标导入片段长短的策略来缩短Pb1位点附近的连锁累赘。在目前得到的导入系中,目标导入片段长约700 kb,背景回复率为99.38%。表型鉴定结果显示,该导入系可能和亲本MP水稻材料发挥同等的抗瘟能力。

摘要：根据昆虫类胰蛋白酶序列的保守性设计了一对引物 ,以棉铃虫 (Helicoverpaarmigera)幼虫中肠总RNA反转录出cDNA第一链作为模板 ,利用RT PCR ,分离出了一种棉铃虫类胰蛋白酶 (HaT)基因的cDNA序列。分析表明该cDNA序列的开放阅读框为 6 96bp ,编码一个由 2 31个氨基酸残基组成的多肽 ,推测的氨基酸序列具有His57、Asp10 2 、Ser192 组成的电荷中继网 ,决定胰蛋白酶底物专一性的Asp189,底物结合部位的Gly2 16和Gly2 2 6残基 ,及其它胰蛋白酶结构上的保守区域。氨基酸序列同源性比较表明 :HaT同其它鳞翅目昆虫类胰蛋白酶有较高的同源性 ,同源性在 4 4 %～ 79%之间。为研究棉铃虫类胰蛋白酶基因 (hat)编码产物的活性 ,将其插入原核表达载体 pGEX4T 3和 pET2 3b中 ,并在大肠杆菌中进行了诱导表达 ,结果表明 ,GST HaT融合蛋白在大肠杆菌中进行了特异表达 ,非融合形式的表达产物HaT具有胰蛋白酶催化活性。

摘要：华北平原是我国夏玉米-冬小麦主产区,但长期大面积免耕播种玉米和旋耕播种小麦,导致耕层普遍变浅,增产增效幅度下降,同时华北平原又是地下水严重超采区和现代节水农业发展重点区。为了打破犁底层、提高水分和养分等资源利用效率,减少耕种作业次数、降低生产成本并增产增效,本研究采用裂区试验设计,主区为前茬设置免耕玉米播种和遁耕分层施肥玉米播种2个处理,免耕玉米播种主区里设置人工施肥-旋耕-小麦条播(T1)、人工施肥-旋耕深松-小麦条播(T2)2个副区;玉米遁耕分层施肥处理主区后茬为人工施肥-旋耕-小麦条播(T3)、旋耕深松分层施肥小麦宽幅匀播(T4)2个副区处理,在分蘖期、拔节期、开花期、灌浆期和成熟期,对小麦生长发育、干物质积累和产量构成性状进行了调查和差异比较;最后对小麦水分利用效率和偏氮肥生产力、玉米-小麦周年总产及产出/投入比进行了分析。结果表明,T4处理模式明显能够降低0~40 cm耕层土壤容重,增加深层土壤含水率,同时优化了耕层养分分布,增加了小麦株高、分蘖、地上部干物质重量、0~40 cm耕层的根干重,进而提高了单位面积穗数和穗粒数,实现节水高产;籽粒产量表现为T4(8333.75 kg∙hm^(−2))>T3(8222.63 kg∙hm^(−2))>T2(7778.17 kg∙hm^(−2))>T1(7000.35 kg∙hm^(−2));T4、T3、T2处理分别比T1处理显著增产19.05%、17.46%和11.1%;提高了水分利用效率和偏氮肥生产力;T4处理累计全年粮食总产达19469.7 kg∙hm^(−2),超过了吨粮田(15000 kg∙hm^(−2)),产出/投入比达3.76,是华北平原玉米-小麦周年节水绿色提质增产增效的耕作模式。本文揭示了不同耕作施肥播种条件下,小麦产量形成的生长发育特征和增产要素及玉米-小麦周年增产增效特征。建议加快在华北平原示范推广“小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播技术”。

摘要：【目的】明确东北温带次生林长期CO_(2)通量与地面碳过程及其不确定性,为提升森林碳通量测算精度提供方法支撑。【方法】选择帽儿山站典型天然次生林,基于2008—2018年涡动协方差(EC)法连续监测的CO_(2)通量、2008—2019年清单法测算的地面净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP)以及土壤呼吸监测数据,评估2种方法测算CO_(2)通量的不确定性来源,并比较二者是否具有一致性。【结果】1)EC法测算的11年间平均CO_(2)净交换量(NEE)为-1.57±0.64t·hm^(-2)a^(-1),总初级生产力(GPP)为13.56±1.48 t·hm^(-2)a^(-1),生态系统呼吸通量(Re)为12.00±1.38 t·hm^(-2)a^(-1),三者不确定性分别为0.47、0.90和1.37 t·hm^(-2)a^(-1),相对不确定性分别为29.9%、6.6%和11.4%。2)清单法测算的生态系统总NPP为7.54±1.31 t·hm^(-2)a^(-1),冠层NPP和木质组织NPP分别为2.32±0.14和2.36±0.14 t·hm^(-2)a^(-1),二者分别占总NPP的30.8%和31.3%;林下植被NPP为0.39±0.04 t·hm^(-2)a^(-1),仅占总NPP的5.2%,其中灌木层和草本层NPP分别为0.08±0.02和0.31±0.03 t·hm^(-2)a^(-1);细根NPP为2.47±1.29 t·hm^(-2)a^(-1),占总NPP的32.7%。3)冠层NPP不确定性主要来自凋落物产量;胸径测量、生长量时空变异、含碳率分别贡献1年测量木质组织NPP不确定性的32.3%、65.2%和2.5%。4)结合箱式法土壤异养呼吸通量5.23±0.20 t·m^(-2)a^(-1)和倒木呼吸通量0.37±0.21 t·hm^(-2)a^(-1),测算NEP为1.94±1.34 t·hm^(-2)a^(-1),与基于EC法测算的NEE绝对值估算区间1.57±0.47 t·hm^(-2)a^(-1)重合。【结论】帽儿山典型温带次生林EC法测量的11年间平均NEE与清单法12年间地面NEP吻合较好。仔细的EC法系统设计与因地制宜的数据处理方法,应用恰当方法尽可能完整测量NPP所有组分以及增加测量年限,有助于提高碳通量测量准确度,对加深理解我国典型温带次生林CO_(2)通量和局域尺度森林NPP和NEP的不确定性具有重要意义。

摘要：我国十分重视对突发性水污染事件的监测和处置.本研究设计了一种实时在线监测重金属污染事件的漂浮阴极沉积物-微生物燃料电池传感器(漂浮阴极SMFC传感器).该传感器阳极埋设在淹水土壤中,阴极漂浮在水面作为污染响应元件,并向阴极分别加入Zn^(2+)、Cd^(2+)、Co^(2+)、Ni^(2+)、Pb^(2+)、Cu^(2+)、Cr^(6+)溶液以模拟水体重金属污染事件,以探究该传感器电信号对不同重金属污染的响应特征及机制.结果显示,Cu^(2+)和Cr^(6+)污染引起传感器出现明显的电压峰,而其他5种重金属污染则未引起明显的电信号响应.该传感器电压信号对Cu^(2+)污染的最低检测限为5 mg·L^(-1),灵敏度为1.06 mV·L·mg^(-1),线性范围为5~40 mg·L^(-1);Cr^(6+)污染的最低检测限为40 mg·L^(-1),灵敏度为0.17 mV·L·mg^(-1),线性范围为40~200 mg·L^(-1).X射线光电子能谱(XPS)表征分析显示,Cu^(2+)和Cr^(6+)污染的阴极表面分别存在单质Cu和Cr^(3+),表明Cu^(2+)和Cr^(6+)在阴极表面得电子还原,减弱了阴极极化效应,引起电压上升.16S rRNA基因测序和定量结果显示,重金属污染前后土壤产电细菌相关属的数量无显著差异且产电细菌产生的基准电压较为平稳,优势产电细菌相关属均包含Bacillus和Clostridium.因此,漂浮阴极SMFC传感器适用于监测湿地水体Cu^(2+)和Cr^(6+)污染事件,并且能够监测多次污染仍保持稳定运行.该监测技术能够快速发现水污染事件,有助于实现污染的快速处置.