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小麦抗条锈病基础研究和育种——从“有效防控”到“防患未然”

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生命科学 2025年

作者：王梦露栗菁菁缑金营中国农业大学农学院

条锈病是气传病害，通过大气可以扩散数千公里，从美国到加拿大跨国传播，甚至跨大洲传播，在全世界范围内为小麦生产带来严重挑战，威胁世界粮食安全。过去半世纪以来，大量小麦抗条锈病位点被定位且部分重要的抗病基因被克隆，基础研... 详细信息

条锈病是气传病害，通过大气可以扩散数千公里，从美国到加拿大跨国传播，甚至跨大洲传播，在全世界范围内为小麦生产带来严重挑战，威胁世界粮食安全。过去半世纪以来，大量小麦抗条锈病位点被定位且部分重要的抗病基因被克隆，基础研究为小麦抗条锈病育种提供了有力工具。我国早期条锈病大流行往往造成巨大损失，但在2019年得到了有效控制，标志着我国条锈病已经进入可实现“有效防控”的阶段。条锈菌不断进化，大量早期有效抗病基因的抗性逐渐丧失，且气候变化为条锈病防控带来大量不确定因素，因此抗条锈病的基础研究和育种工作一刻也不能松懈。幸运的是，小麦基因组的解析加速了抗病基因的克隆，泛基因组的研究及野生种质资源的收集和利用丰富了抗病基因来源，基因编辑、智能育种、单倍体育种和快速育种等新兴技术促生了实现小麦抗条锈病研究和育种的新途径。本综述将简要回顾条锈病研究的标志性成果，探讨整合资源促进小麦抗病高产协同改良的策略，讨论小麦抗条锈病基础研究和育种为未来储备、走向“防患未然”的路径。

关键词：小麦条锈病基因克隆育种

基于电子病历多模态数据的作物病害多元场景处方推荐方法研究

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农业机械学报 2025年第1期56卷 25-36,46页

作者：张领先丁俊琦陈菲菲李宜滨张一丁中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学工学院北京100083

针对作物品种及病害种类繁杂、样本数据严重不平衡、处方类别多样及数据多模态等特点和难点,本文基于电子病历多模态数据整合,开展面向多样化、可拓展和多模态3种应用场景需求的作物病害处方推荐方法研究。针对常见病害多样化处方推荐... 详细信息

针对作物品种及病害种类繁杂、样本数据严重不平衡、处方类别多样及数据多模态等特点和难点,本文基于电子病历多模态数据整合,开展面向多样化、可拓展和多模态3种应用场景需求的作物病害处方推荐方法研究。针对常见病害多样化处方推荐应用场景,基于CdsBERT-RCNN和诊断推理构建了作物病害多样化处方推荐模型,提升了面向32种常见病害的诊断准确度及处方推荐的多样化水平;针对未训练少见病害和新添处方应用场景,基于MC-SEM和语义检索构建了作物病害可拓展处方推荐模型,提升了语义匹配准确性和案例库检索速度,实现对未训练病害的处方推荐功能;针对多种模态信息采集和输入应用场景,基于BATNet多层特征融合构建了多模态作物病害处方推荐模型,提升了多模态数据输入的处方推荐性能。实验结果表明,CdsBERT-RCNN模型对32种常见病害的诊断准确率达到85.65%,F1值达到85.63%;不同完整性输入测试中,仅输入症状信息即可达到81.19%的准确率,而添加环境信息和作物信息分别使准确率进一步提高1.65、3.61个百分点;MC-SEM模型对电子病历语义匹配任务达到皮尔森相关系数86.34%和斯皮尔曼相关系数77.67%;封闭集和开放集上处方推荐准确率分别达到88.20%和82.04%,验证了模型对未训练病害的推荐能力;BATNet对于多模态输入处方推荐任务的准确率和F1值达到98.88%和98.83%;应用场景分析和测试验证了模型在不完整模态(纯文本或纯图像)和不完整信息输入(作物、环境、症状)情况下泛化能力。该研究为数字化赋能作物病害防治决策提供了新的思路。

关键词：作物病害处方推荐自然语言处理语义检索多模态融合电子病历

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乳铁蛋白减轻肠道功能障碍的研究进展

食品科学 2025年第2期46卷 317-326页

作者：李懿任鑫鑫王勤贺晓云中国农业大学食品科学与营养工程学院北京100083 中国农业大学动物科学技术学院北京100083

肠道屏障保持机体内环境稳定,当肠黏膜受损、肠道细胞间紧密连接被破坏和肠道菌群失调时会引发多种疾病。天然活性蛋白在肠道屏障修复中起着关键作用,乳铁蛋白是存在于哺乳动物乳汁中的糖蛋白,具有抗氧化、抗炎和抗菌等多种生物学功能... 详细信息

肠道屏障保持机体内环境稳定,当肠黏膜受损、肠道细胞间紧密连接被破坏和肠道菌群失调时会引发多种疾病。天然活性蛋白在肠道屏障修复中起着关键作用,乳铁蛋白是存在于哺乳动物乳汁中的糖蛋白,具有抗氧化、抗炎和抗菌等多种生物学功能。大量研究表明乳铁蛋白能够增强肠道紧密连接蛋白水平,促进肠细胞生长发育,下调炎症因子表达,调节免疫反应和肠道微生物多样性,参与维持肠道屏障稳态。本文对乳铁蛋白缓解肠道屏障功能障碍研究进展展开综述,有助于了解乳铁蛋白在肠道损伤中的作用机制,为乳铁蛋白制品干预肠道疾病提供参考。

关键词：乳铁蛋白肠道屏障生理活性肠道微生物

新型双吡啶类化合物的设计、合成及生物活性研究

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有机化学 2025年第1期45卷 276-285页

作者：路星星林誉凡徐欢张晓鸣李雪生凌云杨新玲中国农业大学理学院应用化学系广西大学农学院农业环境与农产品安全实验室

吡啶片段在农药设计中扮演着重要角色.氟虫啶胺（flupyrimin,FLP）是一个含双吡啶结构的新型新烟碱类杀虫剂,前期对FLP的结构改造发现,含双吡啶结构的化合物N-[（6-氯吡啶-3-基）甲基]-3-甲基-N-（吡啶-2-基）苯磺酰胺（3c）具有一定的... 详细信息

吡啶片段在农药设计中扮演着重要角色.氟虫啶胺（flupyrimin,FLP）是一个含双吡啶结构的新型新烟碱类杀虫剂,前期对FLP的结构改造发现,含双吡啶结构的化合物N-[（6-氯吡啶-3-基）甲基]-3-甲基-N-（吡啶-2-基）苯磺酰胺（3c）具有一定的杀虫活性.以化合物3c为先导,设计合成了一系列含双吡啶结构的衍生物,并进行生物活性评估.测试结果发现目标化合物展现出一定的杀虫和抑菌活性,其中N-[（6-氯吡啶-3-基）甲基]-N-甲基吡啶-2-胺（T1）和N-(（6-氯吡啶-3-基）甲基)-N-乙基吡啶-2-胺（T2）对大豆蚜（Aphis glycines）表现出较好的杀虫活性,LC50值分别为11.04和25.12 mg/L;N-[（6-氯吡啶-3-基）甲基]-N-戊基吡啶-2-胺（T5）和N-[（6-氯吡啶-3-基）甲基]-N-己基吡啶-2-胺（T6）对番茄灰霉病菌（Botrytis cinerea）表现出较好的抑菌活性,EC50值分别为7.45和10.54 mg/L.蜜蜂毒性测试结果表明,化合物T1对意大利蜜蜂（Apis mellifera）安全.此外通过分子动力学模拟对化合物的杀虫机制研究发现,化合物T1维持了与ACh BP关键氨基酸的水桥作用,结合自由能优于先导化合物3c.本研究对探索吡啶类化合物的农用生物活性具有重要的指导意义.

关键词：双吡啶衍生物杀虫活性抑菌活性低蜂毒杀虫作用机制

小粒径苜蓿种子机械梳脱增流式收获机设计与试验

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农业机械学报 2025年第2期56卷 342-356页

作者：潘烤鑫张庆尤泳孙立皓胡建良王德成中国农业大学工学院中国农业大学智能草业装备与智慧草业研究中心石家庄鑫农机械有限公司

针对当前国内外小粒径苜蓿种子机械化收获缺少专用采收装备且采净率低等问题，设计了一种机械梳脱耦合负压气流吸收的增流式半喂入苜蓿种子收获机。根据苜蓿植株生物学特性和种植农艺提出了机械梳齿梳脱、气流吸附与运移、负压风机增流... 详细信息

针对当前国内外小粒径苜蓿种子机械化收获缺少专用采收装备且采净率低等问题，设计了一种机械梳脱耦合负压气流吸收的增流式半喂入苜蓿种子收获机。根据苜蓿植株生物学特性和种植农艺提出了机械梳齿梳脱、气流吸附与运移、负压风机增流的小粒径苜蓿种子机械化采收方案。基于苜蓿种子收获过程损失抑制机理进行了梳脱割台关键部件设计，针对苜蓿种子收获过程中的未梳损失，设计梳齿结构对种荚进行捋穗式梳脱。针对落粒与飞溅损失，设计滚筒与壁面组合式气流喉口和负压风机对种子、种荚进行吸附与运移。在此基础上，开展了梳齿梳脱过程中的运动学特性分析，确定了梳脱速比有效范围为36～50,梳脱滚筒半径为290 mm,并识别出影响未梳损失的关键参数为梳脱滚筒转速、中心离地高度和割台行进速度。利用CFD仿真结合CCD正交试验研究了梳脱滚筒转速、气流喉口尺寸与负压风机转速交互作用对割台流场的影响规律，并通过响应面法确定气流喉口尺寸、梳脱滚筒转速和负压风机转速优化值分别为83 mm、1 000 r/min和1 450 r/min。为验证整机及梳脱割台功能有效性，开展了苜蓿种子收获样机田间试验，结果表明：当梳脱滚筒中心离地高度为430 mm、机具行进速度为0.68 m/s时，梳脱后苜蓿植株无种荚漏梳现象，苜蓿种子采净率达到83.4%,作业效率达0.73 hm2/h,满足苜蓿种子机械化采收指标要求，为小粒径种子采收机设计提供了参考。

关键词：小粒径苜蓿种子收获机梳齿梳脱负压气流

基于多源图像和环境信息融合的规模化养殖蛋鸡体温测量方法

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农业机械学报 2025年第1期56卷 37-46页

作者：宋道一罗升朱玉华童勤王红英王粮局中国农业大学工学院北京100083 江苏省农业机械试验鉴定站南京210017 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

规模化蛋鸡养殖一直以来都面临着蛋鸡健康状态不易评估、疫病无法有效预防等问题,鸡群健康监测对于蛋鸡养殖业的意义日渐显著。蛋鸡作为恒温动物,其体温是评估健康状态的重要指标。本研究以叠层笼养蛋鸡为研究对象,提出了一种融合多源... 详细信息

规模化蛋鸡养殖一直以来都面临着蛋鸡健康状态不易评估、疫病无法有效预防等问题,鸡群健康监测对于蛋鸡养殖业的意义日渐显著。蛋鸡作为恒温动物,其体温是评估健康状态的重要指标。本研究以叠层笼养蛋鸡为研究对象,提出了一种融合多源信息的蛋鸡体温测量方法。首先对热红外相机进行温度漂移校正和距离校正,以提高相机的测量精度。将热红外图像与采集的近红外图像和深度图像进行像素级配准,使用YOLO v8n目标检测网络对融合的多源图像进行蛋鸡头部检测,检测结果AP50为97.0%,AP50-95为76.1%。然后根据环境温度和蛋鸡头部距离信息对蛋鸡头部热红外图像进行温度漂移校正和距离校正,提取校正后图像的温度特征点计算蛋鸡头部温度。基于环境温度、环境相对湿度、环境风速、光照强度和蛋鸡头部温度构建了蛋鸡体温预测数据集,利用机器学习算法预测蛋鸡体温。其中随机森林算法在蛋鸡体温预测中表现最好,R2为0.696,RMSE为0.246℃。本研究为实现准确、无扰动地测量规模化蛋鸡养殖场的鸡只体温提供了参考。

关键词：蛋鸡规模化养殖测温热红外图像 YOLO v8n

硅藻矿粉和玻尿酸废液对紫花苜蓿减肥和耐旱效果的研究

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草地学报 2025年第2期33卷 618-629页

作者：王涛梁红怡王显许钊商建英李彦明陈清崔建宇常瑞雪中国农业大学资源与环境学院北京100193 中国农业大学土地科学与技术学院北京100193

为解决肥料过量以及草地干旱问题,本文以紫花苜蓿(Medicago sativa L)(‘中苜一号’)为供试作物,在常规和缺水条件下通过比较紫花苜蓿的株高、分枝数、叶面积等生长指标并检测土壤基本养分、土壤酶活以及紫花苜蓿酶活的变化,探究了硅藻... 详细信息

为解决肥料过量以及草地干旱问题,本文以紫花苜蓿(Medicago sativa L)(‘中苜一号’)为供试作物,在常规和缺水条件下通过比较紫花苜蓿的株高、分枝数、叶面积等生长指标并检测土壤基本养分、土壤酶活以及紫花苜蓿酶活的变化,探究了硅藻矿粉替代有机肥的可能比例及其对土壤及紫花苜蓿生长的影响,同时设置叶面喷施稀释后的玻尿酸废液处理组,在生长过程中测量分析硅藻矿粉以及玻尿酸废液对土壤施肥效果和紫花苜蓿耐旱性能的影响。结果表明,在不影响作物生长的前提下,硅藻矿粉最多可以减少羊粪有机肥10%的使用,其中碱解氮含量高于只施加羊粪有机肥组(90.91 mg·kg^(-1));在干旱条件下,20%硅藻矿粉替代有机肥在株高、分枝数、叶片数、叶面积以及叶绿素含量都显现出优势,其中紫花苜蓿的生长状况以及耐旱性与只施用羊粪有机肥的处理组效果没有显著差异或更为优越。因此,干旱条件下推荐硅藻矿粉替代比例为20%。玻尿酸废液的施用可以提高紫花苜蓿的养分利用效率,但是对于生长状况和耐旱性的影响效果并不显著。

关键词：紫花苜蓿干旱胁迫土壤调理剂硅藻矿粉玻尿酸废液

(1′-烷氧羰基)-2,6-双((4,6-二甲氧嘧啶-2-基)氧基)苯甲酸甲/乙酯的合成及除草活性

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农药学学报 2025年第1期27卷 40-48页

作者：周静郭梦磊何泉龙原子杨覃兆海杜晓英长江大学农学院湖北荆州434000 中国农业大学理学院北京100193

以溴代羧酸与醇为原料,经DCC(1,3-二环己基碳二亚胺)缩合得到溴代羧酸酯,再与双草醚在碳酸钾条件下经亲核取代反应得到31个目标化合物Ia-1~Ia-16和Ib-1~Ib-15,其结构经核磁共振氢谱(^(1)H NMR)、碳谱(^(13)C NMR)及高分辨质谱(HRMS)确... 详细信息

以溴代羧酸与醇为原料,经DCC(1,3-二环己基碳二亚胺)缩合得到溴代羧酸酯,再与双草醚在碳酸钾条件下经亲核取代反应得到31个目标化合物Ia-1~Ia-16和Ib-1~Ib-15,其结构经核磁共振氢谱(^(1)H NMR)、碳谱(^(13)C NMR)及高分辨质谱(HRMS)确证。初步除草活性结果表明,在100和10 mg/L下,该系列化合物对稗草均表现出相似但不同程度的抑制活性,其中化合物Ib-13活性最高,对稗草的鲜重抑制率分别达到92.98%和58.40%,但低于对照药剂嘧啶肟草醚(100.00%和94.10%)。光解研究结果显示,化合物Ib-11具有很好的光稳定性,难以光解为双草醚,这解释了为何这些化合物的除草活性低于双草醚肟酯和酚酯。

关键词：双草醚双草醚酯除草活性光解行为

大豆LOX基因家族的全基因组鉴定及GmLOX15A1基因等位变异对百粒重的影响

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中国农业科学 2025年第1期58卷 10-29页

作者：王伟吴传磊胡晓渝李佳佳白鹏宇王郭伋苗龙王晓波安徽农业大学农学院

【目的】基于全基因组鉴定分析大豆LOX基因家族成员，了解各成员的分类进化关系，研究各基因成员在不同组织中的表达特异性以及对非生物胁迫的响应，为进一步研究LOX基因家族的分子特征、进化历程以及功能研究提供理论基础。【方法】基... 详细信息

【目的】基于全基因组鉴定分析大豆LOX基因家族成员，了解各成员的分类进化关系，研究各基因成员在不同组织中的表达特异性以及对非生物胁迫的响应，为进一步研究LOX基因家族的分子特征、进化历程以及功能研究提供理论基础。【方法】基于Ensembl数据库中水稻和拟南芥物种LOX蛋白序列，在大豆全基因组数据库中BLASTP比对同源LOX蛋白序列，使用MEGA X软件构建系统进化树；采用网站MEME进行蛋白保守基序分析；运用在线软件GSDS 2.0分析基因结构；运用TBtools进行染色体定位绘制；用McscanX分析大豆LOX家族复制基因；利用PlantCARE网站预测大豆LOX基因家族启动子元件；通过TBtools绘制不同组织及非生物胁迫下大豆基因表达热图，并对与百粒重显著相关的优异等位变异位点GmLOX15A1-G/A进行分子标记开发。【结果】大豆中共鉴定到43个LOX基因，不均匀地分布在13条染色体上。共线性分析表明，GmLOX基因在进化过程中经历了广泛的复制。同时，在LOX基因启动子中检测到39种不同类型的顺式调控元件，表明它们可能参与了不同的生长发育、光反应、应激反应与激素诱导等途径。表达模式分析发现LOX基因在大豆不同组织中具有不同的表达程度，表明该家族成员具有组织和时空表达特异性。干旱胁迫条件下，GmLOX基因在大豆根系和叶片中表达差异显著（P<0.05），其中，GmLOX3A3、GmLOX7A1、GmLOX20B1、GmLOX13A1和GmLOX20A2在根系和叶片中均显著上调或下调表达，推测GmLOX基因可能在逆境胁迫响应中发挥重要作用。同时，发现GmLOX15A1在籽粒组织中高表达且在该基因编码区第七外显子存在一处G/A优异等位变异，对该变异位点开发分子标记，并利用来自不同生态区1 200份大豆种质资源2年的百粒重数据，分析GmLOX15A1不同单倍型与百粒重的相关性，结果表明，相较于GmLOX15A1-A基因型，携带GmLOX15A1-G等位基因大豆种质的平均百粒重提高2.33 g（P<0.001）。【结论】在大豆中共鉴定到43个LOX家族成员，可分为3个亚家族。GmLOX基因启动子区存在大量激素和胁迫响应的顺式作用元件，在干旱胁迫响应中发挥不同的作用。其中，GmLOX15A1在籽粒组织中高表达且该基因编码区第七外显子存在一处G/A优异等位变异，相较于GmLOX15A1-A基因型，携带GmLOX15A1-G等位基因大豆种质的平均百粒重显著提高2.33 g，该位点可作为大豆籽粒大小遗传改良的优异单倍型。

关键词：大豆脂肪氧合酶生物信息学表达分析逆境响应百粒重