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當期目錄

    2015年 第48卷 第17期 刊出日期:2015-09-01
      
    作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學
    中國作物種業科學技術發展的評述
    蓋鈞鎰,劉康,趙晉銘
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3303-3315.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.001
    摘要 ( 523 )   HTML ( 1 )   PDF (439KB) ( 843 )   收藏
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    《國務院關于加快推進現代農作物種業發展的意見》提出構建以產業為主導、企業為主體、“育繁推一體化”的現代農作物種業體系,全面提升中國農作物種業發展水平。國內外種業的發展推動了種業科學的形成和發展。種業科學是圍繞“育繁推一體化”種業產業發展而形成的科學技術學科類群,作物遺傳育種是其中的一部分,它和種子生產的理論與技術、種子示范和營銷的理論與技術構成了種業科學技術的主體,在相應的遺傳、生理、信息技術、政策法規等學科知識的配合下成為相對集中的學科體系。中國的種業科學技術體系正在形成與完善之中。文章在回顧作物育種科學技術進展包括傳統的作物育種科學技術和現時分子生物育種研究熱點的基礎上,歸納出現時重要的8個育種理論和技術問題,繼而回顧了作物種子生產和示范推廣科學技術的進展,并在此基礎上探討了中國種業科學技術發展的策略和建議。提出要圍繞種業發展的需求,建成相對完整的種業科學技術學科體系;要頂層設計,建設成企業種業科技和公益性種業科技兩支相互補充、相互配合的種業科學技術研發力量;要優先研究和解決種業發展中的重大科學技術問題,其中包括規模化育種技術,資源富集、遺傳解析與創新,常規育種的分子輔助技術,轉基因育種與安全技術,品種區域適應性試驗制度與品種審定制度的完善,配齊種業基礎性公益性研究并確立種子生產標準化體系,加強作物雜優化研發使雜種化成為中國未來種業的特色等。
    作物基因組學與作物科學革命
    賈繼增,高麗鋒,趙光耀,周文斌,張衛健
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3316-3332.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.002
    摘要 ( 508 )   HTML ( 19 )   PDF (1559KB) ( 1572 )   收藏
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    作物科學的發展對于世界糧食的增產起著重要的作用。本文回顧了第一次綠色革命的歷史。通過比較中國與國際上矮化育種時間、矮源的來源以及同期主要綠色革命國家產量的提高幅度,證明中國應該是第一次綠色革命的策源地與發起國之一。包括“中國綠色革命”、雜交水稻等成果在內的中國作物科學研究成果對中國及世界作物生產作出了突出的貢獻。當前中國的作物生產面臨著嚴峻的挑戰。第一次綠色革命之后的數十年間,中國小麥等主要糧食作物遺傳改良年增長僅為0.7%—0.9%,遠低于1.7%的需求;肥水利用效率僅為發達國家的1/3;機械化程度雖有較大的提高,但與發達國家相比仍有較大差距;農產品品質不能滿足人們的需求,食品安全存在較大問題。鑒于上述情況,目前迫切需要開展一場以“更高產、更高效、更優質、更環保”為主要目標的新的綠色革命。盡管傳統的作物科學對作物生產作出了巨大的貢獻,但事實證明,僅靠傳統的作物科學難以完成新的綠色革命重任。作物基因組學是當前生物科學領域發展最為迅速的一門新興學科。當前大多數作物基因組測序已經完成,標志著作物科學已經進入基因組時代,為基于基因組學的作物科學研究奠定了基礎。基因組學的發展正在促進作物科學在以下4個方面取得重要進展:(1)促進作物種質資源核心種質構建、重要農藝性狀基因的克隆與種質資源的開發與利用,推動種質資源變異組學科的形成;(2)促進作物育種理論與育種方法的重大突破,推動育種基因組學的形成與發展;(3)推動環境條件與栽培措施影響基因表達調控的影響機制研究,一批受環境因素調控的基因將被發現,促進栽培學研究向栽培基因組學的方向發展;(4)迅速提高特色作物的研究水平,縮小作物間研究差距。當前是作物科學發展史上前所未有的高速發展時期,種質資源變異組學、育種基因組學與栽培基因組學的發展將引起作物科學的革命,并將由此引發新的綠色革命。文中分析了中國當前在研究隊伍的組織、研究題目與研究材料的選擇與研究成果的轉化等方面存在的問題,并提出了解決方法及發展方向。
    基于基因組學的作物種質資源研究:現狀與展望
    黎裕,李英慧,楊慶文,張錦鵬,張金梅,邱麗娟,王天宇
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3333-3353.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.003
    摘要 ( 438 )   HTML ( 3 )   PDF (512KB) ( 1381 )   收藏
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    作物種質資源工作涉及面很廣,包括種質資源的收集、編目、保護、繁種更新、分發利用與信息系統建立等基礎性工作,作物起源、馴化與傳播、種質分類、民族植物學與傳統知識研究等基礎研究,遺傳多樣性評價、重要性狀表型鑒定、種質資源基因型鑒定、基因發掘和種質創新等應用基礎研究。經過近百年的努力,種質資源的基礎性工作已卓有成效,作物種質資源保護與共享利用體系基本建立。但由于主要基于形態學的傳統研究思路和方法存在很多先天不足,種質資源基礎研究和應用基礎研究一直舉步維艱,效率低下。隨著分子標記技術和第二代測序技術的快速發展,基因組學理論和方法不斷深入到種質資源研究的多個層面,使種質資源保護和創新利用發生了研究思路和方法學上的變革。基因組學研究成果為種質資源的有效收集和保護提供了理論指導,也為闡明作物起源和演化、全面評估種質資源結構多樣性提供了核心理論和技術,同時大幅度提高了基因發掘和種質創新效率。特別是全基因組測序、重測序和簡化基因組測序技術不斷成熟,使在全基因組水平上比較不同種質資源基因組變異成為可能;在此基礎上,可闡明農作物起源以及馴化、改良和傳播對種質資源形成的影響,明確現有種質資源和野外種質資源群體結構和遺傳多樣性,提出種質資源異地保存和原生境保護的最佳策略;結合表型鑒定數據,利用連鎖分析和關聯分析等基因組學方法,可高效發掘種質資源中蘊含的新基因和有利等位基因,提出其利用途徑和具體方案,并在種質創新過程中充分利用基因組學研究成果提高創新效率。文章評述了基因組學在種質資源研究中的應用現狀,特別是在種質資源基因型鑒定、異地保存和原生境保護、作物起源與進化研究、結構多樣性分析、新基因發掘和種質創新等方面的應用情況及其發展趨勢。提出了今后的發展方向和工作重點,強調把基因組學理論和方法與作物種質資源研究緊密結合,為種質資源的有效保護和高效利用提供強有力的理論、技術、材料與信息支撐。
    作物科學中的環境型鑒定(Envirotyping)及其應用
    徐云碧
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3354-3371.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.004
    摘要 ( 1623 )   HTML ( 2 )   PDF (2735KB) ( 1839 )   收藏
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    全球氣候變化正在對地球的環境產生日益重要的影響,而作物生產取決于作物基因型和環境之間的相互作用。利用現代生物學技術可以在分子水平上精細解析作物的基因型及其各個遺傳組分對于表現型的貢獻;然而對于作物具有重大影響的環境因子,目前,只能通過作物在不同環境下的表現型來推測其綜合作用,或對整個試驗區的個別環境因子進行對比分析,因而無法對各類環境因子進行深入剖析。筆者首次在國際上提出了環境型鑒定概念,并創造了一個英文新詞etyping來表示。在本文中,環境型鑒定用envirotyping來代替。環境型(envirotype)用來描述包括所有影響作物不同生長發育階段的內部和外部環境因子及其各種組合,外部環境因子主要包括水、肥、氣、熱、光、土壤、耕作制度和伴生生物等;而環境型鑒定用來表述對所有環境因子的解析和測定。環境型信息可以通過多種方式采集。作物多年多點區域試驗積累了大量相關試驗點的環境數據;地理信息系統(geographic information system,GIS)和土壤信息系統積累了大量氣候、天氣、土壤的數據;小型氣象站可以監測小范圍的天氣、降雨、溫度、氣流等氣象因子。眾多環境檢測儀器的使用,可以大規模采集與植物冠層、植物周邊甚至單個試驗小區和單個測試材料有關的土壤、光照、溫度、水分、病蟲害、伴生生物等外界環境因子。環境型信息將日益廣泛應用于環境及其特征性鑒定、作物基因型-環境型互作、表現型預測、病蟲害流行預測、近等環境型(near iso-envirotype)確定、作物對特定環境的反應研究、農藝組學(agronomic genomics)、精準高效農業等。展望未來,環境型鑒定需要將研究對象聚焦在單個材料的水平,實現單個材料的相關環境因子不同階段的動態鑒定;需要開發和建立與基因型、表現型相結合的綜合信息系統以及相應的決策支撐系統;環境型信息將最終有助于建立基于基因型-表現型-環境型的三維作物生產和研發系統,從而使未來作物育種中的選擇建立在此三維空間概念的基礎之上,并推動高產高效作物生產體系的建立。
    中國轉基因棉花研發應用二十年
    郭三堆,王遠,孫國清,金石橋,周燾,孟志剛,張銳
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3372-3387.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.005
    摘要 ( 355 )   HTML ( 4 )   PDF (533KB) ( 945 )   收藏
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    轉基因技術是指利用重組DNA原理,將優良目的基因整合到靶標生物基因組中,并使靶標生物得以表達目的性狀的技術。這一技術克服了生物有性雜交的限制,使物種間基因交流的范圍無限擴大,既可以從原核生物到真核生物,也可以從單細胞生物到多細胞生物,還可以從低等生物到高等生物,反之亦然。因此,這項技術自發明以來,即廣泛應用于農業、林業、醫學等領域,為其研究開辟了一個全新的時代。轉基因植物是以農桿菌等為媒介,將來源于動物、植物或微生物等其他生物甚至人工合成的外源基因轉入基因組中,使之穩定遺傳并賦予其靶標性狀,如抗病、抗蟲、抗逆、高產、優質等的植物。以1972年構建第一個重組DNA分子為契機,1983年首次獲得轉基因煙草為起點,植物轉基因技術在近30年的時間內發展迅猛,至今已有200多種植物已成功獲得轉基因株系,40多種數千例轉基因植株進入田間試驗。根據國際農業生物技術應用咨詢服務中心(ISAAA)統計,全球轉基因植物的種植面積由1996年的260萬hm2已經迅速增到2014年的1.815億hm2,累計種植面積大約比中國國土總面積還多80%。在全球轉基因植物研發和應用迅猛發展的同時,中國也先后批準了7種轉基因植物的生產應用,其中,抗蟲棉是唯一大規模應用的轉基因農作物。從1994年中國研制成功國產單價抗蟲棉(GK),以及1995年美國保鈴棉進入中國至今,抗蟲棉已經在中國推廣應用了近20年的時間。文章介紹了這20多年來,中國科學家在抗蟲、抗旱耐鹽堿、抗除草劑、抗病以及纖維品質改良等性狀方面所取得的轉基因棉花研究進展;在農桿菌介導、基因槍轟擊、花粉管通道介導、莖尖或芽尖轉化、農桿菌液浸染和納米載體花粉介導等不同轉化技術上所進行的探索;同時,介紹了中國轉基因植物的安全性評價狀況,并從抗蟲棉品種審定、發展趨勢和產業化狀況幾個方面,介紹了轉基因抗蟲棉在中國的應用,最后對未來轉基因棉花研究方向進行展望。
    黃淮麥區小麥品種的高產潛力與實現途徑
    茹振鋼,馮素偉,李淦
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3388-3393.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.006
    摘要 ( 331 )   HTML ( 2 )   PDF (339KB) ( 858 )   收藏
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    黃淮麥區是中國冬小麥的主產區和高產區,對中國小麥生產以及國家糧食安全起著重要作用。針對中國人多、地少的基本國情,以及耕地資源非農化、耕地利用非糧化的發展現狀,指出未來提高小麥總產的根本出路在于提高單產。要充分挖掘小麥高產潛力,培育高產品種是進一步提高單產的重要途徑。文章根據黃淮麥區的生產條件及生態特點,分析不同時期高產品種產量結構的發展變化趨勢,指出在大田條件下實現小麥高產潛力,千粒重與穗粒數并重是小麥新品種的發展方向。并從機械化生產對品種的要求出發,探討了黃淮麥區小麥高產品種的高產空間與創育思路,提出進一步挖掘黃淮麥區小麥品種高產潛力的有效途徑:(1)小麥高產潛力的實現,應重新認識和定位穗光合在產量形成中的作用,要充分挖掘和利用穗器官的光合優勢,培育穗葉高光效品種。小麥穗器官除具有空間優勢外,其光合特點類似于C4途徑或介于C3—C4中間型,籽粒呼吸釋放的CO2能被穗光合再次固定。鑒于穗光合對籽粒產量形成的較大貢獻,應強化綠穗灌漿特性,發揮穗器官的光合優勢,提升穗粒重。(2)提高單產水平,必須注重群體生物產量的提高。在保持現有收獲指數基本不變的情況下,提高莖稈強度,實現植株高大化、密植化,能有效改善群體穗葉空間結構。通過調節生長發育節律,培育小葉、壯稈、大穗型新品種,實現小麥高生物產量。高生物產量品種還應拉開穗層,使穗層由一層增至三層,能有效提高單位面積容穗數。(3)小麥雜種優勢利用已日趨成熟,有效利用雜種優勢是今后挖掘高產潛力的重要途徑。利用雜種優勢挖掘高產潛力需同時兼顧品質性狀的優化,充分考慮多個品質性狀間的協調穩定。可通過多穗大穗實現高產,通過提高強勢小花結實比例穩定品質,從而實現高產與優質并重發展。挖掘小麥產量潛力是一個長期的動態過程。文章旨在通過協調各種產量形成影響因素,最大限度地挖掘黃淮麥區小麥的高產潛力,為中國黃淮麥區的小麥高產育種實踐提供思路和方法借鑒。
    中麥175高產高效廣適特性解析與育種方法思考
    何中虎,陳新民,王德森,張艷,肖永貴,李法計,張勇,李思敏,夏先春,張運宏,莊巧生
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3394-3403.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.007
    摘要 ( 304 )   HTML ( 2 )   PDF (443KB) ( 420 )   收藏
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    解析中麥175的高產潛力、水肥高效特性、優良品質及廣泛適應性機理將為培育突破性新品種提供理論指導和實用信息。(1)中麥175穗數容易達到750個/m2,收獲指數高達0.49,穗數多和收獲指數高實現高產潛力奠定基礎;矮稈及莖稈彈性好與株型緊湊、葉片小且直立為穗多、不倒伏提供保障。(2)千粒重與株高對水分反應敏感性低,灌漿中后期葉片衰老速度慢,灌漿速度快,這是其水分利用效率高和在旱肥地表現突出的主要原因;中麥175產量的水分敏感指數為0.86,而京冬8號為1.13。(3)氮肥吸收和利用效率皆高,穗粒數和千粒重對肥料敏感性低,為肥料高效利用奠定基礎;在6種不同施氮水平下,中麥175的產量均高于京冬17,氮肥施用量對穗粒數和千粒重影響小。良好的根系為肥水高效利用提供保障。(4)籽粒軟質,面筋強度中等偏弱、延展性好,面粉顏色亮白,為面條和饅頭兼用型品質奠定基礎;鋅高效吸收運轉使籽粒鋅含量高,具備較高營養價值。(5)含有光周期不敏感基因Ppd-D1b、肥水高效、抗寒、耐高溫和抗病性等為中麥175的廣適性和跨區域種植提供保障。本研究為高產高效廣適性新品種培育提供了重要經驗和理論支撐。
    耕作栽培·生理生化·農業信息技術
    中國水稻高產栽培技術創新與實踐
    朱德峰,張玉屏,陳惠哲,向鏡,張義凱
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3404-3414.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.008
    摘要 ( 354 )   HTML ( 6 )   PDF (389KB) ( 937 )   收藏
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    水稻是中國主要糧食作物,也是單產最高的糧食作物。文章利用中國農業統計年鑒數據和國內外文獻資料,分析了中國水稻高產栽培技術創新與實踐的成功經驗、存在問題和稻作技術發展趨勢。探討了中國的水稻生產經歷4個階段的特點,良種良法配套對水稻增產的貢獻,不同階段創新的稻作技術;簡述了全球水稻栽培技術發展的特點;回顧了中國矮稈品種、雜交稻及超級稻品種更替及其配套栽培技術創新;剖析了水稻高產栽培存在的新問題;對水稻高產栽培技術的未來發展進行了展望。創新與品種生育特性配套的水稻種植制度、生產模式和環境協調的栽培技術,發揮品種產量潛力和應用,可以實現增產增效,促進水稻產業發展,改善生態環境和提高資源利用效益。
    數字植物研究進展:植物形態結構三維數字化
    趙春江,陸聲鏈,郭新宇,杜建軍,溫維亮,苗騰
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3415-3428.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.009
    摘要 ( 309 )   HTML ( 2 )   PDF (3138KB) ( 894 )   收藏
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    數字植物圍繞農林植物生命、生產和生態系統的多維信息高效感知和認知的理論、技術和方法,通過多學科交叉合作,研究農林植物-環境3D數字化、高通量信息獲取、情景感知、信息融合、結構和功能模擬、數字化設計和精準管理決策等數字農業的關鍵性、基礎性以及共性理論和技術問題。植物形態結構的三維數字化是數字植物研究的重要組成部分,近年來很多學者從植物組織、器官、植株和群體等不同尺度,或者從植物根系和地上部等不同視角,圍繞植物形態結構的參數測量、幾何結構解析、三維模型構建、結構與功能建模,以及三維植物模型真實感展現等需要,開展了更深入的研究。在組織尺度方面,隨著MRI、CT、顯微成像等技術產品的不斷成熟,使得利用這些先進測量儀器獲取和測量植物組織內部結構數據成為可能,并被越來越多的研究者采用,成為進行植物內部形態結構測量和分析的有效手段。在植物根系的三維數字化方面,由于植物的根普遍生長在土壤里,觀察和測量十分困難。雖然近年來XCT、MRI等穿透射線成像技術已越來越多地用于根系的形態結構探測,但這類技術往往僅能獲取范圍較小的根系局部數據,且價格昂貴。因此植物根系形態結構的準確、無損(原位)、快速測量仍然是一個挑戰。在群體尺度方面,基于實測數據的三維重建逐漸成為植物群體三維重建的主要途徑,研究者正試圖從激光三維掃描儀獲取的植物群體三維點云中提取群體的形態參數并實現群體的三維重構。而在三維植物模型的真實感繪制方面,如何準確地測量各種植物器官的光學特性并建立相應的數學模型是當前的研究重點,雖然已有不少研究者提出了相應的解決方案,但這些方法在便捷性和普適性方面仍然難以令人滿意,有待更多深入研究。筆者最后結合相關領域的技術進展對數字植物的進一步研究進行了展望。
    大數據推動農業現代化應用研究
    許世衛,王東杰,李哲敏
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3429-3438.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.010
    摘要 ( 355 )   HTML ( 3 )   PDF (976KB) ( 1674 )   收藏
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    中國農業發展面臨資源環境約束日益趨緊,農產品國內外市場“雙重擠壓”,農業穩產、農民增收困難等嚴峻挑戰,亟需轉型升級、優化結構和提質增效。大數據作為一種與材料和能源一樣的新型戰略資源,在生產要素耦合、農業系統協同等方面發揮著重要作用,正成為驅動農業現代化發展的重要力量。目前,大數據技術在農業信息獲取、分析處理和綜合服務等方面取得了多方面的研究進展,并在精準生產決策、食品安全保障、消費需求挖掘和市場貿易引導等方面開始應用。面對當前及未來一段時期內農業轉型升級的艱巨性和漫長性,應該建立大數據技術創新與組織創新的雙重驅動機制。技術上,重點加強數據科學與農業科學交叉融合,夯實現代農業基準數據基礎,快速突破適農智能模型分析處理技術以及推動數據服務持續創新;組織上,樹立數據意識,加強數據立法,完善數據頂層治理結構,尤其要處理好數據安全與數據開放共享等關系。
    植物保護
    小麥條銹菌致病性及其變異研究進展
    康振生,王曉杰,趙杰,湯春蕾,黃麗麗
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3439-3453.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.011
    摘要 ( 319 )   HTML ( 4 )   PDF (1413KB) ( 1571 )   收藏
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    小麥條銹病(wheat stripe rust or yellow rust)是一種氣傳性的低溫真菌病害,在所有小麥產區均可暴發流行,造成巨大的產量和經濟損失,嚴重威脅著小麥的安全生產。其病原條形柄銹菌小麥專化型(Puccinia striiformis West. f. sp. tritici Eriks. & Henn.,Pst)為嚴格專性寄生真菌,致病性變異頻繁,常造成小麥品種抗條銹性“喪失”,引發病害大流行。因而,從20世紀50年代起,條銹菌致病性變異的研究一直備受關注,并已開展了大量的研究工作。本文從小麥品種抗病性喪失、條銹菌致病性變異途徑、條銹菌群體遺傳、條銹菌基因組和功能基因組以及條銹菌效應蛋白等不同方面概述了近年來取得的重要研究進展,提出了未來條銹病防治上面臨的問題和挑戰;以期通過準確預測條銹菌優勢小種、合理利用和布局抗病基因、利用新策略創制新型持久廣譜抗病材料,不斷優化和完善小麥條銹病綜合治理技術體系,實現小麥條銹病可持續控制。
    中國農業昆蟲基因組學研究概況與展望
    張傳溪
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3454-3462.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.012
    摘要 ( 368 )   HTML ( 1 )   PDF (411KB) ( 1380 )   收藏
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    昆蟲種類繁多,變異驚人,是地球上最大的動物類群,其中不少種類是農業上的重要害蟲或益蟲。自從2000年黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)基因組發表以來,當代的昆蟲學研究已經越來越多地依賴于從基因組和轉錄組所獲得的信息。為了更好地理解昆蟲生物學特性和增強應對那些嚴重影響人類健康、糧食供應和經濟安全的各種衛生、農林害蟲的能力,更好地利用那些在維持自然和農業生態系統不可或缺的昆蟲以及那些為人類提供絲、蜂蜜和藥品的昆蟲,需要了解它們的基因組和轉錄組信息。目前世界上已經有50多種昆蟲的基因組被報道,近10年來中國科學家也已經完成了家蠶(Bombyx mori)、小菜蛾(Plutella xyllostella)、東亞飛蝗(Locusta migratoria manilensis)、榕小蜂(Ceratosolen solmsi)和褐飛虱(Nilaparvata lugens)的基因組測定和分析,還有一批重要農業昆蟲的基因組正在分析中,這其中包括煙粉虱(Bemisia tabaci)、斜紋夜蛾(Spodoptera litura)、二化螟(Chilo suppressalis)、白背飛虱(Sogatella furcifera)、灰飛虱(Laodelphax striatellu)和若干寄生蜂種類。自從2010年中國率先在國際上報道了2種昆蟲(煙粉虱和褐飛虱)的轉錄組和表達譜以來,短短幾年僅國內就已經有上百個昆蟲轉錄組得到分析。同時,家蠶、東亞飛蝗和褐飛虱的功能基因組研究也取得了很大的進展, 例如,用40個品系重測序揭示了家蠶在馴化過程中相關的基因變化,通過信號通路分析解析了東亞飛蝗散居型和群居型轉換的分子機制,以及發現了2個胰島素受體是控制稻飛虱長、短翅型可塑性發育的“分子開關”。在基因組和轉錄組基礎上,通過基因功能的研究和挖掘,結合應用新的基因組定點編輯技術和RNAi技術,將使害蟲的防治和益蟲的利用出現革命性的變化。
    中國設施蔬菜害蟲天敵昆蟲應用研究進展
    張帆,李姝,肖達,趙靜,王然,郭曉軍,王甦
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3463-3476.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.013
    摘要 ( 264 )   HTML ( 2 )   PDF (479KB) ( 1126 )   收藏
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    設施蔬菜是現代農業生產中極為重要的組成部分,而且設施蔬菜的發展不僅使蔬菜生產的品種和產量得到快速增長,也為有機蔬菜的發展創造了有利條件。但是,設施蔬菜種植條件也給害蟲提供了適宜生長、繁殖和危害的生態環境,嚴重影響了蔬菜的質量和產量,成為制約設施蔬菜產業進一步發展的關鍵因素。化學農藥的長期使用帶來了一系列的生態環境和食品安全問題,而治理化學農藥污染不僅要求逐步減少其使用量,更需要尋求優化升級與替代傳統防治方法的技術。天敵昆蟲作為傳統的生物防治產品,在控制設施蔬菜蟲(螨)害,保證其產量和品質中起著不可替代的作用。隨著人們環境保護意識的加強和綠色農業的發展,以天敵昆蟲釋放為主的生物防治技術在害蟲綜合治理(IPM)中發揮著越來越重要的作用。中國的天敵資源非常豐富,但目前在設施蔬菜生產中應用的種類相當有限。經過幾十年的努力,中國在設施蔬菜害蟲生物防治及應用領域開展了大量的研究工作,在天敵昆蟲資源和應用基礎、技術研發和配套技術及應用等方面取得了較大進展。本文概述了設施蔬菜害蟲的主要發生種類及其危害特點、主要害蟲天敵資源及其生物防治的技術途徑等,重點介紹了蚜蟲、粉虱、葉螨、薊馬等幾種重大害蟲的生物防治實例,并分析了中國天敵昆蟲人工繁殖(人工飼料、規模化生產)的研究進展。此外,還綜述了中國溫室蔬菜害蟲的天敵應用技術研究成果,從天敵昆蟲保護利用、釋放技術、控害效果評價、規模化生產等方面對設施蔬菜應用天敵昆蟲進行生物防治中存在的問題進行了討論,并展望了該領域的未來發展方向。
    土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境
    植物營養與肥料研究的回顧與展望
    白由路
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3477-3492.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.014
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    文中回顧了1840年以來植物營養與肥料科學的重大成就和有影響的事件,并針對目前有歧義的問題進行了詳細論述。在植物營養生理與生物學方面對植物營養必需元素、營養元素的吸收與轉運、營養元素的轉移與再利用、菌根在植物營養中的作用、植物營養與植物抗病性,化學診斷中的植物有效養分提取、養分測定和目前進行的光譜診斷等進行了回顧。論述了施肥模型、精準施肥技術和灌溉施肥技術的發展。分析了施肥模型中養分分級模型、肥料效應函數模型、養分平衡模型和DRIS方法。綜述了施肥對溫室氣體排放、肥料對環境污染等。介紹了目前主流的肥料品種和國際肥料資源概況。論文還對未來植物營養與肥料科學發展進行了展望,指出提高肥料利用率是解決肥料問題的關鍵;解決蔬菜施肥過量需要理論與技術的支撐;養分高效基因的開發與利用需要在正常養分條件下進行;施肥新技術是提高肥效的重要措施;同時還需要立足當前可用肥料資源發展肥料產業。植物營養與肥料學科的發展與人們所面臨的人口、資源和環境息息相關,肥料的施用既是保證食物安全的需要,同時也給環境造成了巨大的壓力。使用最少肥料,獲得最多的食物是今后植物營養與肥料學科努力的方向。
    藍水和綠水視角下劃定“中國農業用水紅線”探索
    李保國,黃峰
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3493-3503.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.015
    摘要 ( 258 )   HTML ( 4 )   PDF (410KB) ( 665 )   收藏
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    水是制約中國糧食生產的最重要因素。實現中國糧食安全和口糧安全的戰略目標必然要求糧食的持續增產,而糧食增產對水資源需求的增長又是剛性的、不可減少的。在多部門用水需求加大的情況下,如何保證農業用水量是亟待解決的科學和決策問題。文章首先回顧了國內外水資源管理領域的最新進展,總結了以“藍水”(耕地灌溉)和“綠水”(耕地降水)理念為核心的農業水管理分析范式的轉變。在基于藍水和綠水視角下的“廣義農業可用水資源”的概念和計算基礎上,分析了1998—2012年中國農業(種植業中四大主要糧食作物)用水、耗水和水分生產力,并基于此提出了“農業用水紅線”。根據研究時段內15年的中國糧食水分生產力的變化趨勢,推導出2020年生產5.5×108 t糧食所需要的農業用水紅線的藍水分量的高、中、低值。并根據近15年來廣義農業可用水資源量中的綠水分量,推導出農業用水紅線中綠水分量的高、中、低值。結果顯示,到2020年,中國保證糧食安全的灌溉水需求總體平均在3 800×108 m3左右,而農業用水紅線中綠水分量平均在4 500×108 m3左右。本研究最后提出了劃定和實施農業用水紅線的相關政策建議:從保護農業用水紅線的角度,嚴格保護和實施“18億畝耕地紅線”;建立、健全完整、完善的藍水和綠水測量和監督體系;加強以耕地土壤水為中心的農業用水和耗水管理;利用各地水熱資源特點,調整種植結構;繼續提高灌溉的保證程度;加強耕地基礎設施建設,提高高標準農田和旱澇保收耕地面積和比例。本研究對回答農業部提出的治理農村環境污染“一控兩減三基本”的基本方針中的“一控”中的“控水的底線(即農業用水紅線)是什么?”具有重要的理論和實踐參考價值。
    園藝
    基于文獻計量的園藝學基礎研究發展狀況分析
    劉彬,鄧秀新
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3504-3514.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.016
    摘要 ( 279 )   HTML ( 3 )   PDF (1034KB) ( 862 )   收藏
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    【目的】了解基于SCI收錄文獻視角的園藝學基礎研究發展狀況,為相關科研工作者和管理決策者提供參考。【方法】運用文獻計量學的方法,通過WoS和Citespace對2005-2014年間以60余種常見園藝植物為題目的SCI收錄文獻進行文獻總量、年度分布、篇均他引次數、h指數、研究機構、高影響因子期刊載文量、文獻研究方向及研究熱點的分析。【結果】10年間,以所選60余種常見園藝植物為題目的SCI收錄文獻數量逐年上升,中國的文獻數位居全球第二位,僅次于美國。2010-2014年,中國園藝學文獻數躍居全球第一。對2005-2009年與2010-2014年之間的文獻進行比較,以相關果樹為題目,中國的文獻所占比例從8.40%上升到15.68%,文獻數排名從第3位上升到第2位;在文獻數排名前10位的國家中,中國文獻的篇均他引次數從第5位上升到第4位,h指數排名從第3位上升到第2位;文獻數量全球最多的25個科研機構中,中國的科研機構從4家增加至7家。以相關蔬菜(含西甜瓜)為題目,中國的文獻所占比例從8.79%上升到16.90%;文獻數兩個5年中排名均居第2位;在文獻數排名前10位的國家中,中國文獻的篇均他引次數兩個5年中排名均居第6位,h指數從第5位上升到第2位;文獻數量全球最多的25個科研機構中,中國的科研機構從3家增加至5家。以相關花卉和茶為題目,中國的文獻所占比例從14.12%上升到26.14%,文獻數排名從第3位上升到第1位;在文獻記數排名前10位的國家中,中國文獻的篇均他引次數兩個5年均居第7位,h指數排名從第3位上升到第2位;文獻數量全球最多的25個科研機構中,中國的科研機構從3家增加至8家。10年間,生物學領域高影響因子雜志刊載中國園藝學文獻數排名從第8位上升到第5位;文獻數量全球最多的25個科研機構中,中國的科研機構從1家增加至3家。研究方向分析顯示,中國園藝學文獻在生物化學與分子生物學方向比例較多,但在農學和昆蟲領域的文獻比例較少。目前園藝學的研究熱點主要集中在功能基因挖掘與組學研究、果實的發育與成熟以及多酚類物質研究等3個領域。【結論】近5年,中國園藝學被SCI收錄文獻的數量在增加,產出已居世界第一,但質量提升還未跟上;中國園藝學研究側重于分子和組學等偏基礎研究方向,與農業結合相對緊密的研究文獻數量比例偏少;未來應加強問題導向的研究,布局上應更加貼近產業各環節的問題,持之以恒,形成特色。
    設施園藝發展概況、存在問題與產業發展建議
    蔣衛杰,鄧杰,余宏軍
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3515-3523.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.017
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    近年來中國設施園藝產業發展迅速,在農產品供應、農民增收和農村經濟繁榮方面發揮了重要作用,在作物栽培管理技術、環境控制技術和溫室工程技術及配套裝備等方面也取得較迅速的發展。文章概述了國內外設施園藝的發展概況與趨勢,從設施裝備、科技含量、連作障礙等方面分析了目前中國設施園藝存在的主要問題。根據實際情況對中國設施園藝的持續發展提出了相關的重點研究方向,要加強溫室結構裝備和環境精確控制技術、無土栽培技術、病蟲害可持續控制技術、連作障礙克服技術、設施園藝專業品種培育技術等的研究。并從加強政策宏觀調控,加大科技創新投入力度,加強設施裝備標準化發展,完善園藝產品供求預警及構建質量安全控制長效機制等方面提出了產業化發展措施與建議。
    主要果樹果實品質遺傳改良與提升實踐
    陳學森,郭文武,徐娟,叢佩華,王力榮,劉崇懷,李秀根,吳樹敬,姚玉新,陳曉流
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3524-3540.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.018
    摘要 ( 298 )   HTML ( 1 )   PDF (519KB) ( 756 )   收藏
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    全面總結分析國內外果樹果實品質改良現狀、中國果樹品質改良與發達國家的差距與成因,在此基礎上系統闡述柑橘、蘋果、梨、桃及葡萄等主要果樹果實品質遺傳改良的目標、技術途徑與成果、品質性狀遺傳傾向、芽變機理,并舉例闡述柑橘原生質體融合與無核品種創制、功能型蘋果及其育種技術體系創建、早熟核果類果樹品種和無核葡萄胚培育種、野生櫻桃李資源品種化及轉基因縮短童期新技術等方面取得的突破性進展。最后針對中國果實品質改良提出幾條建議:進一步加強野生果樹資源評價及親本利用研究,努力拓寬栽培品種的遺傳基礎,協同提升果實品質;進一步開展細胞工程等生物技術以及芽變機理和性狀遺傳變異規律研究,建立生物技術與常規技術結合、雜交育種與芽變選種優勢互補的果樹果實品質高效改良技術體系;進一步加強新品系的國際品種區域栽培試驗及國際品種權申請與保護,培育國際性的果樹“大品種”。
    貯藏·保鮮·加工
    中國糧食加工科技與產業的發展現狀與趨勢
    姚惠源
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3541-3546.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.019
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    中國是世界糧食生產和糧食加工大國,米面加工能力和產量均居世界之首,米面產品結構不斷優化、總體質量水平明顯提升,加工企業規模和生產集中度顯著提高,工業化生產和加工裝備水平提升。但在產業規模化、產業鏈建設、糧食資源高效利用及科技自主創新能力方面與發達國家尚有一定差距;對中國糧食加工科技與產業發展中尚存在的問題及成因進行分析,主要問題是發展方式比較粗放、初加工產能相對過剩、糧食加工產品質量安全和保障體系不夠完善、主食品工業化水平不高,主要成因為基礎研究薄弱,技術創新跟不上產業發展的需求;同時展望了中國糧食加工業的發展前景,要更加推進產業結構調整與升級,提高科技成果轉化率,提升關鍵裝備自主化率水平,加速提高產品質量安全水平,加強全谷物食品的研發與推廣。未來10年,中國糧食加工的區域布局和產業結構將更加合理、產品將更加豐富多元、質量更加綠色安全。
    畜牧·獸醫·資源昆蟲
    全球口蹄疫防控技術及病原特性研究概觀
    劉在新
    中國農業科學. 2015, 48(17):  3547-3564.  doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.020
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    口蹄疫是危害豬牛羊等主要家畜畜種的疫病,可造成巨大的經濟損失,引發嚴重的負面社會影響,被中國政府列在一類動物疫病的首位。中國豬、牛、羊養殖量最大、鄰國眾多,防控口蹄疫不僅對本國農牧業發展起關鍵作用,而且對全球口蹄疫防控有重要意義。目前,除一些發達國家消滅了口蹄疫并保持著無疫狀態外,口蹄疫仍在眾多發展中國家流行或散發。中國周邊口蹄疫疫情不斷,對中國造成高壓威脅,近年流行的O/ME-SA/PanAsia、O/SEA/Mya-98和A/ASIA/Sea-97病毒均是傳入的。從周邊流行的病毒、流行的頻率和循環的區域位置判斷,O/PanAsia-2、A/Iran-05、Asia1/Sindh-08和O/Ind-2001病毒未來威脅依然較大。幾十年來,中國不斷完善各級獸醫服務體系,充分發揮國家口蹄疫參考實驗室科研帶動、技術指導、疫情監控的職能,采取疫苗強制免疫為主的防控政策,卓有成效。依照世界動物衛生組織(OIE)推薦的口蹄疫漸進控制路線圖(PCP-FMD),中國目前處于階段3。推進口蹄疫防控效果進入更高階段,關鍵在診斷檢測技術和疫苗。自主研發的液相阻斷ELISA、非結構蛋白3ABC抗體檢測ELISA、多重RT-PCR等已達世界先進水平,有力支撐了中國口蹄疫診斷檢測工作,并在朝鮮、越南等國應用。新一代測序、膠體金和納米示蹤材料標記免疫層析和生物反應效應分子檢測等更精準便捷的新技術,未來也有望在口蹄疫診斷中實現應用。全病毒滅活疫苗免疫效力最優,是目前應用的主要疫苗,但存在干擾鑒別診斷等缺陷。隨著免疫學理論和基因工程技術的進步,發展和應用標記疫苗、活載體疫苗、表位蛋白疫苗和病毒顆粒樣疫苗等新型疫苗是未來的趨勢。近十余年來,反向遺傳操作憑借其定向改造基因組等強大技術優勢,不僅促進了標記疫苗等新型基因工程疫苗的研發,而且推動了口蹄疫病毒宿主嗜性、復制機制、受體利用和先天性免疫應答等方面的基礎研究,取得的研究成果必將有力推動防控應用型研究的進步。
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