AgriPheno訂閱號專注于持續(xù)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(yīng)用、激光雷達探測技術(shù)及數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，國內(nèi)外最新資訊、戰(zhàn)略與政策導(dǎo)讀。本文節(jié)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(yù)測

本研究旨在開發(fā)一種快速的非接觸式COD指數(shù)在線監(jiān)測方法，用于監(jiān)測工業(yè)廢水處理反應(yīng)器的凈化效果。首先，利用相關(guān)系數(shù)分析了廢水高光譜數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征。根據(jù)數(shù)據(jù)的特點，結(jié)合實驗比較，選擇了最佳的降維方法。然后，利用幾種回歸模型，根據(jù)提取的特征譜和標準COD值建立不同的定量回歸模型。經(jīng)過分析，選擇了最佳回歸模型，并在本研究建立的測試系統(tǒng)中進行了穩(wěn)定性測試。最后，建立了穩(wěn)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(jiān)測番茄植株生長狀況

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(nèi)外氣候和作物生理特性的準確數(shù)據(jù)至關(guān)重要。目前氣候傳感器已在溫室系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，但直接測量作物生長和生理狀態(tài)的傳感器技術(shù)仍處于起步階段。作物同化物和養(yǎng)分濃度的測量需進行破壞性采樣和化學(xué)分析，這一過程繁瑣、昂貴且費時。本研究旨在開發(fā)一種基于成像反射光譜的非侵入性工具，用于監(jiān)測溫室種植作物的生長狀況。

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(zhuǎn)向獲取策略

最近，中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)所汪思龍研究員團隊報道了以杉木幼樹為實驗材料，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(yīng)，（3）施鈣處理下杉木的資源利用策略是否會由保守型資源利用策略轉(zhuǎn)向獲取型資源利用策略，開展了2個酸度土壤和3個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?cè)~面積、凈光合速率、比根長、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(zhuǎn)變規(guī)律。

? 福建柏幼苗根系形態(tài)結(jié)構(gòu)對競爭和養(yǎng)分異質(zhì)性的響應(yīng)

最近，福建農(nóng)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)一年生幼苗為實驗材料，開展了4種養(yǎng)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、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(shù)和細根直徑、維管束直徑、皮層厚度和導(dǎo)管直徑等解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)，并計算了比根長、比表面積、覓食精度和靈敏度4個參數(shù)。

? 凋落物分解的主場優(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(zhuǎn)移實驗研究結(jié)果。

? 細根功能屬性的種內(nèi)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個亞熱帶木本植物的前四級細根的13個細根功能屬性（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(shù)量、根組織密度、根直徑、根碳濃度、根氮濃度、根磷濃度、比根長、比根面積、中柱直徑、中柱面積：根橫截面積）在種內(nèi)和種間的變化規(guī)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個亞熱帶杉木樣地中杉木一級根的8個細根功能屬性，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(zhuǎn)型中的基因組學(xué)、表型組學(xué)和機器學(xué)習：進步與挑戰(zhàn)

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(yīng)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(fù)雜關(guān)系。文章指出，基因編輯技術(shù)的進步為創(chuàng)造新的等位基因和選擇自然遺傳變異提供了重要機會，這對于提高園藝作物的適應(yīng)性和產(chǎn)量至關(guān)重要。隨著氣候變化導(dǎo)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。

? 無人機激光雷達技術(shù)揭示昆蟲對植被表型的影響

哈佛大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新方法，利用無人機激光雷達（LiDAR）技術(shù)結(jié)合機器學(xué)習算法，成功檢測了由昆蟲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(jiān)測工具，還有助于更好地理解和保護受昆蟲影響的生態(tài)系統(tǒng)。

新觀點/新技術(shù)

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

隨著氣候變化對全球食品安全構(gòu)成的威脅日益加劇，開發(fā)創(chuàng)新策略以增強作物育種和確保農(nóng)業(yè)韌性變得至關(guān)重要。近年來，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(fù)雜生物機制和農(nóng)藝性狀的研究成為可能。然而，大數(shù)據(jù)的分析和內(nèi)部錯綜復(fù)雜關(guān)系的解讀仍然是揭示農(nóng)藝性狀形成背后復(fù)雜機制的挑戰(zhàn)。本文將對植物表型測定中的機器人技術(shù)進行全面調(diào)查，重點介紹當前趨勢和未來展望。

? Ampha Z40/P20花粉活力分析儀在葫蘆科作物中的應(yīng)用

葫蘆科作物成功授粉的一個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(shù)量上可能存在顯著差異。利用花粉活力分析儀Ampha Z40/P20葫蘆科作物專用芯片，能夠在一分鐘內(nèi)獲得葫蘆科作物的花粉活力和數(shù)量，適用于對大量品系進行快速、可靠的系統(tǒng)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

鑒于對父本進行直接評估既復(fù)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，以改進蠶豆育種。本實驗通過評估兩種環(huán)境中（田間和室外盆栽實驗）的18種基因型（14個近交系、4個F1雜交種）蠶豆的花粉產(chǎn)量、活花粉數(shù)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(xiàn)有的熱脅迫知識體系進行了補充；討論了番茄耐熱性性狀遺傳結(jié)構(gòu)方面的最新進展，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(xiàn)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(qū)域春季浮游植物群落結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力和生態(tài)動態(tài)提供了全面的理解。在生態(tài)理論和現(xiàn)有的浮游植物生理學(xué)和群落動態(tài)知識的背景下，解釋了結(jié)果。

? 乙烯抑制光合作用的時間順序

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

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實驗室在知名期刊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進行基因編輯，創(chuàng)制了一系列新種質(zhì)，縮短了開花時間和成熟時間，并確定了它們適合栽培的緯度區(qū)。

? 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)徐明良團隊報道ZmCPK39調(diào)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。在過去的數(shù)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(nóng)藝性狀。然而，控制玉米株高的調(diào)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(nóng)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(diào)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(nóng)科院作科所童紅寧團隊破譯“復(fù)粒稻”多粒簇生之謎

2024年3月8日，由中國農(nóng)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(fù)粒稻多粒簇生形成的機制，發(fā)現(xiàn)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空方式（即細胞和組織特異性信號傳導(dǎo)）作用以提高水稻的籽粒數(shù)。

? 通過基因編輯實現(xiàn)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(zāi)機制與可持續(xù)控制團隊在Plant Biotechnology Journal在線發(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(diào)控機制

近日，中國農(nóng)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(diào)控蛋白GhRCD1通過調(diào)控GhbHLH12-GhMYB44-GhHMA1轉(zhuǎn)錄級聯(lián)通路響應(yīng)鎘脅迫的分子機制，為培育耐鎘棉花新品種和通過植物修復(fù)手段降低鎘污染提供了新思路。

? Nature Genetics：歷時十年！中國農(nóng)大在玉米抗病研究中取得重大突破

2024年1月18日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)徐明良教授團隊在《Nature Genetics》期刊（IF=37）在線發(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。該研究歷時十余載，全面闡述了GLS定量抗病性（QDR）基因克隆、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路到防御反應(yīng)的復(fù)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開發(fā)基于Cas12a的引導(dǎo)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開發(fā)了基于Cas12a切口酶的新型引導(dǎo)編輯器CPE，CPE擺脫了引導(dǎo)編輯器對于Cas9蛋白的依賴，在人類細胞T-rich基因組區(qū)域具有精準、高效編輯效率，并可以實現(xiàn)多個基因靶點同時進行編輯。

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

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

? 無轉(zhuǎn)基因基因編輯植株實現(xiàn)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(tǒng)，實現(xiàn)CRISPR/Cas9 介導(dǎo)的無轉(zhuǎn)基因的基因編輯。并選擇7個調(diào)節(jié)代謝途徑的轉(zhuǎn)錄因子作為靶標基因，成功實現(xiàn)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光下保護細胞色素b6f復(fù)合體

在自然界中，植物必須適應(yīng)不斷變化的光照條件，以最大化光能的利用并減少過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(dǎo)的研究發(fā)現(xiàn)了一個新的機制，該機制通過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(fù)合體免受損害。這一發(fā)現(xiàn)不僅為我們理解植物如何適應(yīng)光照波動提供了新的視角，也為未來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(diào)節(jié)光合作用？最新研究揭示其調(diào)節(jié)機制

在自然界中，植物面臨著不斷變化的光照環(huán)境。從日出到日落，光線的強度和光質(zhì)都在不斷波動，這對植物的光合作用提出了巨大的挑戰(zhàn)。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(diào)節(jié)其光合作用，以保持生長和生產(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波動時，其光合作用調(diào)節(jié)過程的動態(tài)變化。這項研究不僅增進了我們對植物生理機制的理解，也為未來作物改良和農(nóng)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(shè)備服務(wù)月暨新產(chǎn)品首發(fā)全國巡回講座時報告的全部內(nèi)容，如果各位老師有PAM使用的問題，可以與澤泉科技保持聯(lián)系。澤泉科技為廣大客戶提供從氧氣釋放到二氧化碳同化，測量整個光合作用的完整解決方案。

? 文尾福利｜氣孔導(dǎo)度與光合作用在高溫下的解偶聯(lián)

2024年2月1日，New Phytologist在線刊發(fā)瑞士聯(lián)邦森林、雪與景觀研究所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。該研究對四種常見的歐洲樹種進行了葉片氣體交換和在線同位素鑒別的綜合測量，葉片溫度范圍為 5-40°C，同時保持恒定的葉-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)同作用于果實軟化，為耐貯運果實選育提供新策略

本研究發(fā)現(xiàn)了擴張蛋白編碼基因SlExp1和內(nèi)切葡聚糖酶編碼基因SlCel2對番茄果實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監(jiān)測系統(tǒng)PlantArray的研究方法與應(yīng)用案例

? 新手必讀|光合氣體交換測量指南

? 使用前必讀|GFS-3000光合-熒光儀入門流程

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