南京农大出版《作物生理学》英文教材

图1 性状：作物科学研究的核心目标。作物学主要包括作物遗传育种学、作物栽培学与耕作学、农业信息学以及种子科学与工程等二级学科。这些姊妹学科在分子、细胞、组织、器官、植株、群体及生态系统等不同层次上开展研究，逐级解析从基因到大田的性状表达过程与调节机制，借以优化产量、品质和抗逆性相关的农艺性状。由此，作物学可认为是关于重要农艺性状的选择（作物遗传育种学、种子科学与工程），诊断（农业信息学）与促控（作物栽培学与耕作学）的理论与知识体系。

生理学是研究生命体功能及其实现机制的科学。作物生理学主要在个体和群体水平，基于结构与功能关系，解析作物产量、品质和抗逆性的形成机理与栽培、环境调控机制，是作物遗传育种学、作物栽培学与耕作学、农业信息学等姊妹学科的共同理论基础，在作物学体系内起到纵横贯通、承上启下的枢纽作用（图2）。在表型组学、AI等新技术驱动下，传统作物生理学研究焕发生机，突破了个体、群体水平上形态、生理等复杂性状（表型）的高效鉴定、监测技术瓶颈，搭建了基因型与表型之间的桥梁纽带，补强了从基因到大田这一知识创新链条的薄弱环节，推动了作物学的整合化、一体化发展。

图2作物生理学：基因型与表型之间的知识纽带。作物科学研究跨越多个层次，覆盖面广，既有分子、细胞层次的系统生物学、植物生理学和遗传学等基础研究，也有植株、群体、生态系统层次的育种学、栽培学和生态学等应用研究。作物生理学作为一门应用基础学科，是链接基因型与表型的关键纽带。青绿色箭头表示遗传信息的单向流动，即“中心法则”。

为此，南京农大刘正辉教授基于近二十年的科研与教学经验，编著了英文教材《作物生理学：从基因到大田》（Crop Physiology: From Gene to Field）。本书由世界著名学术出版机构施普林格（Springer）出版，全球发行（图3）。全书共8章，386页，68幅插图，在知识体系、框架结构、栏目设计上具备以下五个显著特点。

图3 本书封面。《作物生理学：从基因到大田》（Crop Physiology: From Gene to Field）于2026年8月2日由施普林格在线出版，全球发行。全文链接：https://link.springer.com/book/9789819229598

本书基于结构与功能关系原理，按生物学组织层次由低到高顺序，从细胞水平的碳氮代谢，到器官水平的胚与胚乳互作、植株水平的源库关系，再到群体水平的冠层结构与功能，逐级阐释产量、品质、抗逆性相关的核心互作关系（图4）。结构清晰，层次分明，有效避免了同类专著内容偏杂、主题分散的碎片化问题，有助于读者建立结构化的知识体系，提升系统思维能力。

图4 生物组织不同层级上的关键互作。互作是指构成系统的要素之间相互依存、相互制约的动态关系或联系。作物产量、品质和抗逆性相关的重要互作关系有：分子水平，DNA与蛋白质互作；细胞水平，碳氮互作；组织、器官水平，胚与胚乳互作；植株水平，源库关系；群体水平，冠层结构与功能关系；生态系统水平，作物与环境互作。本书8章内容即按照以上顺序逐级展开。扫描电镜图像显示了水稻胚乳细胞中复合淀粉粒、蛋白体的空间排列，它们分别是碳、氮代谢的终产物。比例尺表示不同层级的相对大小，不完全代表实际。

本书融入多种提升学习体验的教学元素，利于教学和自学。“你知道吗”列举一些有趣的事实和数据，与学生日常生活或研究活动建立关联，激发对作物科学的学习兴趣。“学习目标”依据布鲁姆认知领域分类，按低阶到高阶的顺序精心设计学习目标。“复习题”既训练记忆、理解、应用等基础认知能力，又培养分析、评价、创造等高阶技能。

本书重在阐发作物生理学基本概念，构建学科特有的概念体系。“概念图”展示核心概念之间的逻辑关系，将新概念融入旧有的认知框架中，“温故知新”，促进深度学习，提升认知水平和思维能力（图5）。“复习题”设计了概念图绘制练习，以训练学生知识建构能力。“课程设计文档”为任课教师提供基于大概念的课程设计文档，同时呈现作物生理学独有的研究主题和概念体系（表1）。

表1 基于大概念的作物生理学课程设计文档

注：作物生理学课程设计以“多学科视角”“结构与功能”“互作”等三个核心概念为支柱，涵盖大概念、持久理解、学习目标、常见误区、关键问题、基础概念、真实任务、评估标准以及核心能力等9个方面。具体设计参考：Hansen E.J. Idea-based learning: A course design process to promote conceptual understanding. 2011, Routledge, New York.

本书主要面向作物学专业研究生、高年级本科生，以及相关领域的研究人员和从业者。施普林格在编辑评论（Editorial Reviews）中肯定了本书在作物科学研究与人才培养上的独特价值。Designed for postgraduate students specializing in crop science, as well as researchers and practitioners in the field, this book is a must-read for those seeking to understand and apply the latest advancements in crop physiology. It addresses the urgent need for a monograph that captures both the fundamental essence and cutting-edge advancements in the field, providing a structured framework for nurturing high-quality talent. By bridging the gap between classical knowledge and emerging fields like genomics and phenomics, it offers a comprehensive resource for advancing both teaching and research in crop physiology. This volume is an indispensable guide for anyone involved in the sustainable production of food, feed, fiber, and energy.