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• 作物营养
• 养分利用
• 生理学
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• 分子育种
• 植物生理
• 农业科学
• 作物科学
• 养分高效
• 基因组学

出版社： 中国农业大学出版社

ISBN：9787565504921

版次：1

商品编码：11107772

开本：16开

出版时间：2012-06-01

页数：194

内容简介

虽然作物正常生长的必需元素多达十几种，但从作物栽培及育种的需求出发，培育氮、磷、钾养分高效品种具有最实际的价值。因此，《作物养分高效的生理基础与遗传改良》以氮、磷、钾元素为重点，论述了作物高效吸收利用养分的生理基础，作物适应养分胁迫的形态、生理与分子机制，作物养分效率的基因型差异及其生理机制，作物养分高效性状的遗传机制与数量性状位点，作物养分高效的遗传改良与转基因育种等。本书由米国华等编著。

作者简介

米国华，男，1965年生。中国农业大学教授、博士生导师。曾任第十五届国际植物营养学大会秘书长、中国土壤学会植物营养专业委员会副主任、农业部植物营养学重点实验室副主任。研究方向为作物高效吸收利用氮磷钾养分的生理与遗传机制、养分高效的根系生物学基础、作物高产与养分高效的协同机制。先后在香港浸会大学生物系、德国Hohenheim大学植物营养研究所、加拿大BritishColumbia大学植物系、瑞士ETH植物研究所、美国DonaldDanforth植物科学中心及英国Lancaster大学环境中心开展合作研究。先后主持7项国家自然科学基金，作为主要人员参加3项国家973项目及3项国家自然科学基金重大项目、1项欧盟第七框架计划。发表论文110余篇，其中SCI杂志论文30余篇。

目录

第1章 作物氮效率的生理基础与遗传改良
1。1 土壤氮、氮肥与作物的氮效率
1。2 氮素吸收、代谢与转运的生理与分子生物学基础
1。2。1 氮素吸收与调节机制
1。2。2 氮素同化与调节机制
1。2。3 氮的转运与再利用的调节机制
1。3 植物对低氮的反应
1。3。1 植物对缺氮的生理学反应
1。3。2 根系生长对氮素供应的反应
1。3。3 植物对低氮反应的信号途径
1。4 作物氮高效的生理机制
1。4。1 氮高效获取
1。4。2 氮素生理利用效率
1。5 作物氮高效及其相关性状的遗传机制
1。5。1 氮效率及相关性状的遗传控制
1。5。2 氮效率及相关性状的分子标记
1。6 作物氮高效遗传改良
1。6。1 高产育种过程中产量及氮效率相关性状的变化
1。6。2 氮高效种质资源筛选与氮高效育种
参考文献
第2章 作物磷效率的生理基础与遗传改良
2。1 土壤一植物系统中的磷
2。2 植物对低磷胁迫的响应机制
2。2。1 根系生理反应
2。2。2 根系形态反应
2。2。3 植物体内磷的高效利用
2。2。4 磷饥饿响应的分子机制
2。3 作物对低磷的生理与形态学反应
2。3。1 生理生化反应
2。3。2 根系形态学反应
2。3。3 植株水平上对缺磷的反应
2。4 作物磷效率的基因型差异及生理学机制
2。4。1 小麦
2。4。2 玉米
2。4。3 水稻
2。4。4 菜豆与大豆
2。4。5 花生等豆科作物
2。4。6 油荚
2。5 作物磷效率及其相关性状的遗传机制
2。5。1 磷效率的数量遗传学
2。5。2 磷效率的细胞遗传学
2。5。3 磷效率的分子遗传学
2。6 作物磷效率的遗传改良
2。6。1 筛选条件
2。6。2 辅助选择指标
2。6。3 磷高效常规育种
2。6。4 磷高效转基因育种
参考文献
第3章 作物钾效率的生理基础与遗传改良
3。1 土壤与植物系统中的钾
3。2 钾素吸收的生理与分子生物学基础
3。2。1 钾吸收的生理学
3。2。2 钾吸收的分子机制
3。2。3 作物对钾的吸收规律
3。3 植物对低钾的反应
3。3。1 植物缺钾症状
3。3。2 根系生理与形态反应
3。3。3 光合产物运输
3。3。4 光合作用
3。3。5 活性氧
3。4 植物适应低钾胁迫的生理机制
3。4。1 钾吸收效率
3。4。2 钾利用效率
3。5 植物适应低钾胁迫的信号系统
3。6 作物钾效率的基因型差异与生理机制
3。6。1 水稻
3。6。2 玉米
3。6。3 小麦
3。6。4 其他作物
3。7 作物钾高效遗传信息及遗传改良
参考文献

前言/序言

《农作物高效氮素利用的分子机制与育种策略》 导言 在全球人口持续增长和耕地资源日益紧张的双重压力下，如何提高作物产量、保障粮食安全成为一项紧迫的挑战。而作物养分的有效吸收与利用，特别是氮素，在作物生长发育、产量形成以及品质塑造中扮演着至关重要的角色。传统的作物生产模式在很大程度上依赖于大量施用化肥，这不仅增加了生产成本，更带来了严重的环境污染问题，如水体富营养化、温室气体排放增加等。因此，开发能够高效吸收和利用氮素的作物品种，是实现农业可持续发展、减少环境负荷的关键途径。 本书《农作物高效氮素利用的分子机制与育种策略》旨在深入探讨作物吸收、转运、同化和再利用氮素的生理生化过程，并在此基础上，结合现代分子生物学和遗传育种技术，为培育具有高氮素利用效率（NUE）的作物新品种提供理论指导和技术支撑。本书将聚焦于氮素利用效率的分子基础，解析影响NUE的关键基因及其调控网络，并在此基础上提出创新的育种策略，以期加速具有优异NUE性状的作物品种的选育与推广。 第一章：作物氮素营养的生理学基础 本章将首先梳理作物氮素营养的普遍认知，包括氮素在土壤中的形态、在植物体内的主要功能（如构成蛋白质、核酸、叶绿素等）以及氮素供应对作物生长发育的影响。在此基础上，我们将重点阐述作物吸收氮素的生理过程，详细介绍根系对土壤中不同形态氮素（硝态氮和铵态氮）的吸收机制，包括氮素转运蛋白的功能、动力学以及其调控因子。 接着，本章将深入剖析作物对吸收到的氮素进行同化和转运的过程。我们将详细介绍硝态氮还原酶（NR）和亚硝酸还原酶（NiR）等关键酶在氮素同化中的作用，以及铵态氮在植物体内如何被整合到氨基酸合成途径中。同时，我们将探讨氮素在植物体内的长距离和短距离转运机制，包括木质部和韧皮部的运输，以及细胞间氮素的移动。 此外，本章还将关注作物对氮素的再利用机制。作物在生长过程中，会经历从衰老组织向生长旺盛组织的氮素重新分配，这一过程对于维持后期产量和品质至关重要。我们将解析参与氮素转运和代谢的关键信号通路，以及环境因素（如氮素供应水平、光照、温度等）如何影响作物的氮素吸收、同化和再利用。最后，本章将总结影响作物氮素利用效率的生理学关键点，为后续的分子机制解析和育种策略奠定基础。 第二章：氮素高效利用的分子调控网络 本章将聚焦于氮素利用效率（NUE）的分子基础，深入剖析调控氮素吸收、转运、同化和再利用的基因及其信号通路。我们将从基因组层面出发，系统介绍与NUE相关的核心基因家族，例如： 氮素转运蛋白基因： 详细介绍硝酸盐转运蛋白（NRTs）和铵转运蛋白（AMTs/Mep）的结构、功能、表达模式及其在不同组织和发育阶段的定位。我们将探讨这些转运蛋白的亚细胞定位、激活机制以及它们如何响应环境中的氮素信号。 氮素同化酶基因： 深入解析硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）、谷氨酸脱氢酶（GDH）、谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）等关键酶基因的分子结构、催化机制、调控方式（如转录后调控、翻译后修饰）以及它们在植物氮素代谢中的协同作用。 氮素信号转导通路相关基因： 阐述植物如何感知和响应土壤中的氮素信号。我们将重点介绍植物体内主要的氮素感应器（如NRT1.1、NLPs等）及其下游信号传导通路，包括关键转录因子、小分子RNA（miRNAs）以及激素信号（如细胞分裂素、生长素）在调控NUE中的作用。 氮素再利用相关基因： 关注与蛋白质降解、氨基酸运输以及氮素在衰老组织向幼嫩组织转移过程中起关键作用的基因。 此外，本章还将探讨基因表达调控的机制，例如启动子区域的调控元件、转录因子与DNA的结合、组蛋白修饰、DNA甲基化以及非编码RNA（lncRNAs）在NUE基因表达调控中的作用。我们还将分析不同作物种类和不同品种之间在氮素利用相关基因上的差异，为分子育种提供基因资源。 第三章：分子标记辅助育种与基因编辑技术在NUE育种中的应用 本章将重点探讨如何利用现代分子生物学技术加速和优化作物NUE育种过程。 分子标记技术： 我们将详细介绍常用分子标记技术（如SSR、SNP、InDels等）在NUE性状关联分析（GWAS）中的应用，如何通过高密度SNP芯片等手段快速定位与NUE相关的QTLs（数量性状基因座）和QTLs。在此基础上，我们将阐述如何利用这些分子标记进行MAS（分子标记辅助选择），从而在早期阶段高效筛选具有优异NUE潜力的育种材料，大大缩短育种周期，提高育种效率。 基因组选择（GS）： 本章还将深入介绍基因组选择技术。GS利用全基因组的SNP标记信息，预测个体的育种值，从而在早期阶段就能对潜在的优良个体进行精确选择，尤其适用于NUE这类复杂性状的育种。我们将阐述GS的原理、模型构建方法以及在实际NUE育种项目中的应用前景。 基因编辑技术（CRISPR-Cas9等）： 基因编辑技术为精准改良作物NUE提供了前所未有的工具。本章将详细介绍CRISPR-Cas9等基因编辑系统的原理、操作流程以及在NUE育种中的应用潜力。我们将重点关注如何通过基因编辑技术： 靶向改良关键基因： 精准改造NRTs、AMTs、NR、GS、GOGAT等关键基因，使其功能增强或发生有利变异。 调控基因表达： 通过编辑启动子区域或调控元件，优化NUE基因的表达水平和时空特异性。 创生新的等位基因： 通过诱导基因插入、删除或替换，创造出具有更高NUE的新等位基因。 进行基因敲除： 敲除与NUE负相关或产生拮抗效应的基因，以协同提升NUE。 同源重组修复： 利用同源重组的原理，实现更精确的基因组修饰。 我们将结合具体的案例，展示基因编辑技术在改良作物NUE方面的成功实践，并讨论其在不同作物中的适用性以及潜在的挑战和伦理考量。 第四章：基于分子育种策略的NUE作物新品种设计与实践 本章将汇集前三章的理论知识和技术方法，重点探讨如何系统地设计和实施基于分子育种的NUE作物新品种选育策略。 优异NUE基因资源的挖掘与评估： 我们将指导读者如何从野生近缘种、地方品种以及现有优异品种中，通过基因组学、转录组学、蛋白质组学等高通量测序技术，挖掘和鉴定具有高NUE潜力的基因资源。同时，我们将介绍如何利用田间试验和分子检测相结合的方法，对这些基因资源进行表型和遗传学评估。 分子设计育种流程： 本章将勾画出完整的分子设计育种流程，包括： 目标性状分析： 明确高NUE性状的具体表现（如提高氮素吸收量、优化氮素同化效率、促进氮素高效转运和再利用等）。 基因定位与分子标记开发： 利用GWAS、BSA（比较基因组学）、BSA-seq等技术，快速定位与目标性状相关的QTLs或基因。 育种材料构建： 利用MAS、基因编辑、转基因技术（如有必要且符合法规）等手段，将优异NUE基因导入到现有优良品种背景中，或直接创育新的育种材料。 高通量表型与基因型鉴定： 结合先进的表型鉴定平台（如自动化监测系统、遥感技术）和高通量基因分型技术，高效筛选和评价育种群体。 品种纯化与区域试验： 传统的育种流程与分子技术相结合，确保新品种的遗传稳定性和优异性状在不同环境下的表现。 多基因聚合与协同育种： 考虑到NUE是一个受多基因控制的复杂性状，本章将强调多基因聚合的重要性。我们将探讨如何通过分子育种手段，将多个与NUE正相关的优异基因进行高效整合，实现对NUE的协同改良。 环境互作与适应性育种： 氮素利用效率常常受到环境因素的影响。本章将关注环境互作（G×E）分析，并通过分子育种策略，培育出在不同氮肥水平下都能表现出优异NUE的品种，实现环境适应性与高NUE的兼顾。 育种案例分析： 我们将选取几种主要作物（如水稻、小麦、玉米、大豆等）的NUE育种实例，详细解析其选育思路、应用的技术手段以及取得的成效，为读者提供可借鉴的实践经验。 未来展望： 本章最后将展望未来NUE作物育种的发展趋势，包括合成生物学在NUE改良中的应用、人工智能在育种设计与预测中的潜力，以及如何构建更高效的种质资源库等。 结论 《农作物高效氮素利用的分子机制与育种策略》一书，力求为作物遗传学家、育种家、农学研究人员以及相关领域的学生提供一本全面、深入且实用的参考书。通过整合生理学、分子生物学和育种学的最新研究成果，本书旨在赋能读者理解作物氮素高效利用的底层逻辑，掌握先进的分子育种技术，并能够有效地将其应用于实际的育种工作中，最终育成具有高氮素利用效率的作物新品种，为保障全球粮食安全、促进农业绿色可持续发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的专业性非常高，它显然是为有一定生物学背景的读者准备的深度专业著作。我对其中可能涵盖的“代谢调控网络”部分抱有极高的期望。我们都知道，作物的生长是无数代谢途径相互作用的结果，养分高效利用正是这些复杂网络精妙平衡的体现。我希望书中能用清晰的图表和详尽的文献引用，来解析这些网络是如何被环境因子和遗传背景所影响的。例如，当植物处于低氮胁迫下时，其氨基酸合成、光合作用和碳水化合物分配是如何动态调整的。如果书中能提供关于如何通过调控关键代谢节点基因，来实现养分利用效率的“工程化”改造的深入探讨，那这本书的学术价值和实践指导意义将大大提升。它为我们提供了一个从“黑箱”操作到“透明设计”的桥梁，让我能够更科学地理解和预测作物的生长反应。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是其内容的系统性和前瞻性。它不是那种只停留在宏观描述的科普读物，而是非常扎实地切入了作物生产效率的“芯片”——遗传基础。我对书中关于“遗传改良”那部分尤为感兴趣，因为这直接关系到我们能否创造出更能适应未来气候变化和土壤退化挑战的新品种。我尤其想了解作者是如何梳理和整合不同研究领域（如代谢组学、基因组学）的数据，来构建一个完整的改良策略蓝图的。例如，如何利用数量性状基因座（QTL）分析来定位与养分高效相关的复杂基因网络，以及如何将这些知识转化为可操作的育种工具，比如分子标记辅助选择或者基因编辑（CRISPR/Cas9）的应用案例。如果书中能提供一些不同作物（如水稻、小麦或大豆）在养分高效利用方面的成功案例及其背后的遗传学解释，那就更具说服力了。这本书为科研人员和高级农艺师提供了一个从“经验种植”迈向“精准调控”的理论支撑，非常值得细细品味。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计非常巧妙，它将“生理基础”和“遗传改良”这两个看似独立的领域紧密地编织在一起，形成了一个完整的逻辑链条。从读者的角度看，这意味着我们不再需要为理解某个育种目标而翻阅多本教材。生理学部分应该清晰地阐述了限制作物生长的关键生理瓶颈，比如光合作用效率与养分吸收的耦合关系，或者根系形态如何影响对土壤深层养分的获取。而遗传改良部分，则像是为这些生理瓶颈提供了“修补方案”。我非常期待书中能详细介绍一些经典的改良思路，比如如何通过诱变或转基因技术来增强作物的特定酶活性，从而提高特定养分的转化率。更重要的是，我希望书中对于“高效”的定义是多维度的，不仅仅是产量，还包括投入产出比、环境友好性等。这本书的价值就在于，它教会我们如何从生物学的底层逻辑出发，去设计更可持续的农业生产系统，这对于当前追求绿色发展的农业领域至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就让人精神一振，感觉一下子抓住了现代农业发展的核心。我最近正在研究如何提高作物的产量和品质，这本书的标题精准地指向了问题的关键——“养分高效”和“生理基础”。我特别期待它能深入剖析植物如何吸收、转运和利用土壤中的养分，以及这些生理过程背后的分子机制。比如，氮素固定效率的生理限制、磷的有效性调控，这些都是影响作物产量的主要瓶颈。如果书中能结合最新的分子生物学和基因编辑技术，阐述如何通过基因改良来优化这些生理通路，那就太棒了。我希望看到的不只是理论介绍，而是能指导实际育种和栽培的干货，比如哪些基因位点与养分利用效率（NUE, PUE）高度相关，以及如何利用这些信息进行精准育种。这本书的深度和广度，从基础的生理机制到前沿的遗传改良策略，对我来说，无疑是一份宝贵的参考资料，能帮助我构建一个更全面、更科学的作物生产优化体系。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名本身就带有一种探索未知的魅力，它承诺揭示隐藏在作物高产背后的科学原理。我尤其关注那些关于“生理基础”的最新研究进展。我们现在面对的挑战越来越复杂，气候变化导致的极端天气频发，以及土壤健康问题的日益突出，都要求我们的作物必须具备更强的适应性和资源利用能力。这本书应该能够提供一个现代视角，比如如何利用表观遗传学机制来快速响应环境变化，从而提高养分利用的灵活性。此外，对于“遗传改良”的讨论，我希望它不仅局限于传统育种的范畴，而是能深入到合成生物学和基因组学驱动的未来育种策略。这本书如果能清晰地勾勒出下一代作物设计蓝图，将对农业科研方向的把握起到至关重要的作用。它提供了一种宏观的战略思考框架，指导我们如何系统性地解决作物生产中的效率问题。