AgriPheno訂閱號專(zhuān)注于持續更新植物生理生態(tài)、植物表型組學(xué)和基因組學(xué)、基因分型、智能化育種及應用、激光雷達探測技術(shù)及數據分析等領(lǐng)域，國內外最新資訊、戰略與政策導讀。本文節選了2024年1-3月推送的代表性文章，以供大家參閱。

高光譜

? 基于高光譜成像技術(shù)的廢水COD反演預測

本研究旨在開(kāi)發(fā)一種快速的非接觸式COD指數在線(xiàn)監測方法，用于監測工業(yè)廢水處理反應器的凈化效果。首先，利用相關(guān)系數分析了廢水高光譜數據的數據特征。根據數據的特點(diǎn)，結合實(shí)驗比較，選擇了最佳的降維方法。然后，利用幾種回歸模型，根據提取的特征譜和標準COD值建立不同的定量回歸模型。經(jīng)過(guò)分析，選擇了最佳回歸模型，并在本研究建立的測試系統中進(jìn)行了穩定性測試。最后，建立了穩定的COD指標測試模型，為廢水COD指標的快速測試提供了思路。

? 成像光譜法監測番茄植株生長(cháng)狀況

溫室園藝可以全年提供新鮮、健康、高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了以具成本效益和資源效益的方式種植溫室作物，獲得室內外氣候和作物生理特性的準確數據至關(guān)重要。目前氣候傳感器已在溫室系統中廣泛應用，但直接測量作物生長(cháng)和生理狀態(tài)的傳感器技術(shù)仍處于起步階段。作物同化物和養分濃度的測量需進(jìn)行破壞性采樣和化學(xué)分析，這一過(guò)程繁瑣、昂貴且費時(shí)。本研究旨在開(kāi)發(fā)一種基于成像反射光譜的非侵入性工具，用于監測溫室種植作物的生長(cháng)狀況。

植物根系研究

? 施鈣可將杉木地上和地下功能屬性由保守策略轉向獲取策略

最近，中科院沈陽(yáng)應用生態(tài)所汪思龍研究員團隊報道了以杉木幼樹(shù)為實(shí)驗材料，圍繞（1）土壤pH增大對杉木細根功能屬性的影響，（2）杉木地上和地下功能屬性對施鈣處理是否存在協(xié)同響應，（3）施鈣處理下杉木的資源利用策略是否會(huì )由保守型資源利用策略轉向獲取型資源利用策略，開(kāi)展了2個(gè)酸度土壤和3個(gè)鈣添加處理的盆栽試驗，借助葉質(zhì)量占比、莖質(zhì)量占比、根質(zhì)量占比、葉氮含量、葉磷含量、葉碳含量、葉鈣含量、比葉面積、總葉面積、凈光合速率、比根長(cháng)、比根面積、根組織密度等，揭示了施鈣處理下杉木地上和地下功能屬性的轉變規律。

? 福建柏幼苗根系形態(tài)結構對競爭和養分異質(zhì)性的響應

最近，福建農林大學(xué)林學(xué)院榮俊冬等以國家二級保護野生植物福建柏(Fokienia hodginsii [Dunn] Henry et Thomas)一年生幼苗為實(shí)驗材料，開(kāi)展了4種養分環(huán)境和3種種植模式的交互盆栽試驗(圖1)，測定了根長(cháng)、根表面積、根體積、平均根直徑和根生物量等根系形態(tài)參數和細根直徑、維管束直徑、皮層厚度和導管直徑等解剖結構參數，并計算了比根長(cháng)、比表面積、覓食精度和靈敏度4個(gè)參數。

? 凋落物分解的主場(chǎng)優(yōu)勢在葉片、吸收根和運輸根間存在差異

最近，中國科學(xué)院武漢植物園流域生態(tài)研究中心劉峰研究員團隊報道了在中亞熱帶八大公山開(kāi)展的常綠闊葉森林、落葉闊葉森林和常綠針葉林的葉凋落物和細根凋落物交互轉移實(shí)驗研究結果。

? 細根功能屬性的種內和種間變異格局

最近，福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院程棟梁教授團隊報道了59個(gè)亞熱帶木本植物的前四級細根的13個(gè)細根功能屬性（包括皮層厚度、皮層厚度：根直徑、皮層細胞層平均直徑、皮層細胞層數量、根組織密度、根直徑、根碳濃度、根氮濃度、根磷濃度、比根長(cháng)、比根面積、中柱直徑、中柱面積：根橫截面積）在種內和種間的變化規律。

? Trees：不同環(huán)境條件下杉木一級根覓食策略的變化

最近，南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院廖迎春教授等，量化了6個(gè)亞熱帶杉木樣地中杉木一級根的8個(gè)細根功能屬性，并分析了功能屬性分異與年平均降雨、土壤pH、土壤C:N比、土壤磷含量差異之間的相關(guān)關(guān)系。

植物表型/激光雷達

? 植物研究轉型中的基因組學(xué)、表型組學(xué)和機器學(xué)習：進(jìn)步與挑戰

在Horticultural Plant Journal上發(fā)表的綜述文章中，Mansoor S, Karunathilake E M B M, Tuan T T等深入探討了基因組學(xué)、表型組學(xué)和機器學(xué)習在植物研究中的應用，以及這些技術(shù)如何幫助我們更好地理解植物基因與表型之間的復雜關(guān)系。文章指出，基因編輯技術(shù)的進(jìn)步為創(chuàng )造新的等位基因和選擇自然遺傳變異提供了重要機會(huì )，這對于提高園藝作物的適應性和產(chǎn)量至關(guān)重要。隨著(zhù)氣候變化導致的非生物和生物壓力的增加，作物的遺傳改良變得尤為重要。

? 無(wú)人機激光雷達技術(shù)揭示昆蟲(chóng)對植被表型的影響

哈佛大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新方法，利用無(wú)人機激光雷達（LiDAR）技術(shù)結合機器學(xué)習算法，成功檢測了由昆蟲(chóng)行為引起的特定植被表型變化。這一突破性技術(shù)不僅為生態(tài)學(xué)家提供了一種高效的生物多樣性監測工具，還有助于更好地理解和保護受昆蟲(chóng)影響的生態(tài)系統。

新觀(guān)點(diǎn)/新技術(shù)

? 人工智能與機器人技術(shù)：引領(lǐng)氣候適應性智能農業(yè)的革命

隨著(zhù)氣候變化對全球食品安全構成的威脅日益加劇，開(kāi)發(fā)創(chuàng )新策略以增強作物育種和確保農業(yè)韌性變得至關(guān)重要。近年來(lái)，人工智能（AI）和機器人技術(shù)正在徹底改變作物育種和植物科學(xué)，使得復雜生物機制和農藝性狀的研究成為可能。然而，大數據的分析和內部錯綜復雜關(guān)系的解讀仍然是揭示農藝性狀形成背后復雜機制的挑戰。本文將對植物表型測定中的機器人技術(shù)進(jìn)行全面調查，重點(diǎn)介紹當前趨勢和未來(lái)展望。

? Ampha Z40/P20花粉活力分析儀在葫蘆科作物中的應用

葫蘆科作物成功授粉的一個(gè)基本前提是存在大量有活力的花粉。然而，不同品系的花粉在活力和數量上可能存在顯著(zhù)差異。利用花粉活力分析儀Ampha Z40/P20葫蘆科作物專(zhuān)用芯片，能夠在一分鐘內獲得葫蘆科作物的花粉活力和數量，適用于對大量品系進(jìn)行快速、可靠的系統篩選，可有效提高葫蘆科作物育種和種子生產(chǎn)的效率。

? 蠶豆花粉產(chǎn)量、花粉活力和自交率及其與父本異交率的關(guān)系

鑒于對父本進(jìn)行直接評估既復雜又昂貴，本研究旨在尋找比父系異交率更容易評估的輔助性狀，以改進(jìn)蠶豆育種。本實(shí)驗通過(guò)評估兩種環(huán)境中（田間和室外盆栽實(shí)驗）的18種基因型（14個(gè)近交系、4個(gè)F1雜交種）蠶豆的花粉產(chǎn)量、活花粉數量、花粉活力和自交率，研究確定了：1）這些性狀在不同基因型中的變化；2）這些性狀是否存在中親本雜種優(yōu)勢；3）這些性狀與父本異交率的相關(guān)性；4）花粉產(chǎn)量是否受取樣花序位置的影響以及5）環(huán)境對花粉量和花粉活力的影響。

? 加速番茄耐熱育種的綜合途徑

本文通過(guò)回顧番茄耐熱性的篩選技術(shù)、熱脅迫下的性狀關(guān)聯(lián)以及關(guān)鍵耐熱性性狀（形態(tài)、生理和代謝）的基因作用，對現有的熱脅迫知識體系進(jìn)行了補充；討論了番茄耐熱性性狀遺傳結構方面的最新進(jìn)展，以及可用于加快番茄耐熱性育種的新興育種技術(shù)，以期為現有的作物耐熱性研究提供新的思路。

? 微型浮游生物（Nanoplankton）：大西洋南部海域春季碳排放的主要載體

本研究為了解南大西洋大西洋區域春季浮游植物群落結構、生產(chǎn)力和生態(tài)動(dòng)態(tài)提供了全面的理解。在生態(tài)理論和現有的浮游植物生理學(xué)和群落動(dòng)態(tài)知識的背景下，解釋了結果。

? 乙烯抑制光合作用的時(shí)間順序

在Plant Physiology雜志近期錄用的文章Ethylene inhibits photosynthesis via temporally distinct responses in tomato plants中，來(lái)自比利時(shí)魯汶大學(xué)的Mohorovi? 等人巧妙地將生理分析和分子分析與時(shí)間序列結合起來(lái)，構建了乙烯介導的番茄葉片光合作用影響時(shí)間表。。

生物技術(shù)/育種技術(shù)

? 利用基因編輯創(chuàng )制一系列光周期敏感性降低的大豆品種

近日，先正達集團作物種質(zhì)創(chuàng )新與分子育種全國重點(diǎn)實(shí)驗室在知名期刊Plant Biotechnology Journal上發(fā)表了題為“Editing the nuclear localization signals of E1 and E1Lb enables the production of tropical soybean in temperate growing regions”的研究論文，該研究在亞熱帶大豆品種中對生育期基因E1及其同源基因E1Lb進(jìn)行基因編輯，創(chuàng )制了一系列新種質(zhì)，縮短了開(kāi)花時(shí)間和成熟時(shí)間，并確定了它們適合栽培的緯度區。

? 中國農業(yè)大學(xué)徐明良團隊報道ZmCPK39調控玉米株高的新機制

玉米是一種重要的糧食、飼料和工業(yè)原料等兼用作物。在過(guò)去的數十年里，玉米產(chǎn)量的大幅提升得益于種植密度的增加。株高是影響耐密植性和抗倒伏性的重要農藝性狀。然而，控制玉米株高的調控因子及其潛在的分子機制仍未得到充分研究。近日，中國農業(yè)大學(xué)徐明良團隊發(fā)表了題為“The maize ZmCPK39-ZmKnox2 module regulates plant height”的研究論文，報道了控制玉米株高的分子調控模塊，為培育矮桿/半矮桿玉米品種提供了新的重要基因資源。

? Science：中國農科院作科所童紅寧團隊破譯“復粒稻”多粒簇生之謎

2024年3月8日，由中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所童紅寧研究員領(lǐng)銜的研究團隊在Science發(fā)表了題為Enhancing rice panicle branching and grain yield through tissue-specific brassinosteroid inhibition的研究論文，破譯了復粒稻多粒簇生形成的機制，發(fā)現了控制簇生形成的基因編碼植物激素油菜素甾醇（BR）的代謝基因。解析了激素信號通路如何以精確的時(shí)空方式（即細胞和組織特異性信號傳導）作用以提高水稻的籽粒數。

? 通過(guò)基因編輯實(shí)現感病基因MKP1的靶向突變可增強小麥對條銹病和白粉病抗性

近日，西南大學(xué)植物保護學(xué)院作物真菌病害成災機制與可持續控制團隊在Plant Biotechnology Journal在線(xiàn)發(fā)表了題為“CRISPR-targeted mutagenesis of mitogen-activated protein kinase phosphatase 1 improves both immunity and yield in wheat”的研究論文。在這項研究中，研究團隊從小麥中克隆并表征了MKP1并證實(shí)了它們對小麥條銹病和白粉病的抗性。

? 中棉所李付廣研究員團隊揭示棉花耐受重金屬鎘的分子調控機制

近日，中國農業(yè)科學(xué)院棉花研究所李付廣研究員團隊在Plant Biotechnology Journal上發(fā)表了以”GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1 transcriptional cascade”為題的文章。揭示了氧化脅迫調控蛋白GhRCD1通過(guò)調控GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1轉錄級聯(lián)通路響應鎘脅迫的分子機制，為培育耐鎘棉花新品種和通過(guò)植物修復手段降低鎘污染提供了新思路。

? Nature Genetics：歷時(shí)十年！中國農大在玉米抗病研究中取得重大突破

2024年1月18日，中國農業(yè)大學(xué)徐明良教授團隊在《Nature Genetics》期刊（IF=37）在線(xiàn)發(fā)表一篇題為“The ZmWAKL-ZmWIK-ZmBLK1-ZmRBOH4 module provides quantitative resistance to gray leaf spot in maize”的研究論文。該研究歷時(shí)十余載，全面闡述了GLS定量抗病性（QDR）基因克隆、信號轉導通路到防御反應的復雜抗病分子機制。

? 低脫靶高效率：高彩霞研究組利用環(huán)狀RNA開(kāi)發(fā)基于Cas12a的引導編輯器

2024年1月10日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所高彩霞團隊在Nature Biotechnology期刊發(fā)表了題為"Prime editing using CRISPR-Cas12a and circular RNAs in human cells"的研究論文。該研究首次利用環(huán)狀RNA開(kāi)發(fā)了基于Cas12a切口酶的新型引導編輯器CPE，CPE擺脫了引導編輯器對于Cas9蛋白的依賴(lài)，在人類(lèi)細胞T-rich基因組區域具有精準、高效編輯效率，并可以實(shí)現多個(gè)基因靶點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行編輯。

? IF=32.10，朱健康院士團隊開(kāi)發(fā)全新體內高效基因編輯器Cas-SF01

該研究通過(guò)合理的設計和蛋白質(zhì)工程對Cas12i3 進(jìn)行優(yōu)化，開(kāi)發(fā)出一種健壯的Cas12i3 變體Cas-SF01，Cas-SF01 在哺乳動(dòng)物細胞、小鼠和植物中表現出高效基因編輯效率。此外，還開(kāi)發(fā)了Cas-SF01 的高保真版本Cas-SF01HiFi，具有改良的編輯特異性。

? 無(wú)轉基因基因編輯植株實(shí)現中藥材丹參活性成分提升

研究團隊建立了丹參原生質(zhì)體再生系統，實(shí)現CRISPR/Cas9 介導的無(wú)轉基因的基因編輯。并選擇7個(gè)調節代謝途徑的轉錄因子作為靶標基因，成功實(shí)現了基因編輯。

植物生理生態(tài)研究

? 科學(xué)家借助Hexagon-Imaging-PAM和Dual-PAM-100揭秘植物如何在波動(dòng)光下保護細胞色素b6f復合體

在自然界中，植物必須適應不斷變化的光照條件，以最大化光能的利用并減少過(guò)量光照造成的潛在損害。最近，一項由慕尼黑大學(xué)的研究人員領(lǐng)導的研究發(fā)現了一個(gè)新的機制，該機制通過(guò)PGR5抑制子篩選揭示了植物如何保護光合電子傳遞鏈中的細胞色素b6f復合體免受損害。這一發(fā)現不僅為我們理解植物如何適應光照波動(dòng)提供了新的視角，也為未來(lái)的作物改良提供了潛在的遺傳目標。

? 植物如何在不同光照環(huán)境下調節光合作用？最新研究揭示其調節機制

在自然界中，植物面臨著(zhù)不斷變化的光照環(huán)境。從日出到日落，光線(xiàn)的強度和光質(zhì)都在不斷波動(dòng)，這對植物的光合作用提出了巨大的挑戰。近期，一項發(fā)表在Plant, Cell & Environment上的研究為我們揭示了植物如何在不同光照強度下調節其光合作用，以保持生長(cháng)和生產(chǎn)力的奧秘。研究中，德國和捷克聯(lián)合研究團隊深入探討了植物在面對光線(xiàn)波動(dòng)時(shí)，其光合作用調節過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化。這項研究不僅增進(jìn)了我們對植物生理機制的理解，也為未來(lái)作物改良和農業(yè)生產(chǎn)提供了新的視角。

? 光合熒光研究高分文章集錦（2024年2月）

本文是澤泉科技資深技術(shù)工程師在德國WALZ光合作用測量設備服務(wù)月暨新產(chǎn)品首發(fā)全國巡回講座時(shí)報告的全部?jì)热?，如果各位老師有PAM使用的問(wèn)題，可以與澤泉科技保持聯(lián)系。澤泉科技為廣大客戶(hù)提供從氧氣釋放到二氧化碳同化，測量整個(gè)光合作用的完整解決方案。

? 文尾福利｜氣孔導度與光合作用在高溫下的解偶聯(lián)

2024年2月1日，New Phytologist在線(xiàn)刊發(fā)瑞士聯(lián)邦森林、雪與景觀(guān)研究所Haoyu Diao等人標題為Uncoupling of stomatal conductance and photosynthesis at high temperatures: mechanistic insights from online stable isotope techniques的研究文章。該研究對四種常見(jiàn)的歐洲樹(shù)種進(jìn)行了葉片氣體交換和在線(xiàn)同位素鑒別的綜合測量，葉片溫度范圍為 5-40°C，同時(shí)保持恒定的葉-大氣水汽壓差(0.8 kPa)，而不受到土壤水分的限制。

? Plant Cell：SlEXP1和SlCEL2協(xié)同作用于果實(shí)軟化，為耐貯運果實(shí)選育提供新策略

本研究發(fā)現了擴張蛋白編碼基因SlExp1和內切葡聚糖酶編碼基因SlCel2對番茄果實(shí)的軟化和細胞壁的降解具有協(xié)同作用。

其他

? 澤泉云課堂：高通量逆境模擬及植物生長(cháng)監測系統PlantArray的研究方法與應用案例

? 新手必讀|光合氣體交換測量指南

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