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一、研究方向

实验室的研究方向是以山东主要农作物品种为对象,紧紧围绕品种遗传改良总体目标,以农业生物技术领域的应用基础研究为主,向基础研究和应用研究延伸,从细胞和分子水平研究农作物的遗传和变异行为特性,为品种改良提供新理论、新技术、新方法、新种质。设立以下3个研究方向:

1.作物遗传育种

2.作物功能基因组学及遗传工程

3.作物生理生态与种质资源创新利用

二、研究内容 

1. 作物遗传育种

实验室立足作物高产、优质、抗逆等多性状定向聚合改良理论与实践创新,突出优良性状的分子标记挖掘与利用,深入开展作物遗传育种工作。充分利用收集保存、引进和创新的种质材料,以常规育种技术为基础,结合作物功能基因组学与遗传工程方向研究成果,培育符合国民经济发展需要,在品质、产量和抗性等方面有重大突破的新品种。小麦以优质专用型新品种的培育为主,玉米以突破早熟与高产为重点,棉花以培育高产、抗虫、抗病新品种为重点,水稻则重点培育高产、优质、特色新品种,将花生、糯玉米、马铃薯、大豆、谷子、高粱等经济作物的遗传改良同生理学研究结合起来,将选育的优良品种同无公害、可持续发展的农艺技术结合,实现真正的高产、高效、优质化。

开展分子标记辅助选择育种技术研究,建立分子育种技术平台。开展基于分子标记辅助选择的回交育种,以分子标记辅助选择进行基因聚合育种,特别是对数量性状的改良。在小麦和水稻中,利用现有丰富的分子标记,以品质改良、提高抗病抗逆性为重点,聚合有益基因,提高后代筛选的准确性和育种效率,有效地缩短育种进程。在棉花等作物中,进一步研究开发不同的分子标记,筛选与重要农艺性状紧密连锁的各类标记,加速育种应用。 

2. 作物功能基因组学及遗传工程

实验室在开展作物功能基因组学研究,瞄准分离克隆具有重要优异性状和自主知识产权的重要基因,进行基因功能验证分析。在构建功能基因转化平台进行科研创新基础上,开展小麦、花生、玉米和水稻的功能基因组学研究,通过EST测序、突变体库的构建、基因表达谱的研究与分析,研究与作物品质相关的生物代谢途径的调控,克隆重要代谢途径中的关键基因和组织器官特异性、发育时期特异性启动子,分析植物的基因调控网络,寻找更有效的作物分子改良的高效途径。特别在植物胚胎发育调控,光敏色素调控水稻稻瘟病抗性和干旱胁迫耐性,以及花生EST测序和基因表达谱分析等方面力争取得突破。

开展花生品质和抗性功能基因组学研究。构建花生种子全长cDNA文库并进行大规模基因测序。构建花生的BAC库,开展染色体基因定位。制备花生基因芯片,利用基因芯片研究花生不同组织器官、不同发育时期基因表达,不同生物与非生物胁迫环境下基因表达变化,克隆花生重要代谢途径中的关键基因,组织与器官特异性、发育时期特异性启动子。在完善花生种质资源的搜集整理、繁育保存的基础上进行种质资源的筛选鉴定和评价利用,在作物功能基因组学研究过程中,构建遗传连锁图谱、功能图谱,完成候选基因的标记,最终实现核心种质的重要性状和重要基因的挖掘。

3. 作物生态生理及种质资源创新利用。

开展作物生态生理研究,主要包括作物高效光合作用、抗寒抗旱抗病虫分子生物学、作物转基因的表达调控等方面的研究。同时以分子生物学技术为手段开展作物品种资源的鉴定和生理学研究,研究优异种质资源鉴定、保存和利用的新技术、新方法;利用生物技术手段对农作物品种进行遗传操作,克服远缘杂交和有性杂交障碍,发掘、创造具有突破性的新种质或育种中间材料,制定作物栽培生理技术标准。建立山东省农业种质资源信息数据库及黄淮海区域生物资源共享平台。

3.1农作物种质资源收集保护与鉴定评价

广泛收集、整理山东地方种质资源和国内外优异种质资源,系统开展作物遗传资源保藏技术研究,作物重要种质评价标准和体系研究,优异种质的挖掘、创新和利用研究,重要农艺性状控制基因的分子标记、基因定位及遗传研究,种质资源信息数据库建设与开发,研制种质资源数据库管理系统软件,建立山东省生物资源共享平台。

3.2 农作物种质资源创新

a.利用普通小麦与远缘禾本科草类体细胞杂交技术体系,获得一批各具特色的渐渗系和新种质材料,并进行杂种的发育、遗传和基因组研究,系统研究小麦体细胞杂种核基因组组成、核/质关系和遗传规律;b.研究不对称体细胞杂交的表观遗传变化、基因重组及基因表达变异等引起的表型变异,丰富植物不对称体细胞杂交机制及杂种渐渗系理论。c.进行小麦基因组辐射杂种嵌版及辐射杂种图谱研究。d.利用玉米人工小染色体(可以携带多个目标基因)与小麦等作物进行细胞融合,建立转移多个功能基因的新技术,创制特殊的渐渗系和新种质材料。e.克隆与作物抗逆性、品质及产量相关的基因,利用控制关键农艺性状的内源或外源基因转化小麦、玉米和水稻等农作物,创新种质或育种中间材料。f.进一步完善小麦、玉米转基因技术。探索叶绿体转基因技术,建立小麦、玉米等作物的叶绿体转基因体系。g.通过各种新技术、新方法,对性状优良的群体,采用综合系谱、轮回选择等方法,选育适合不同生产目的需要的花生、糯玉米、甘薯等作物新品种,并进一步扩大种子培育和繁育技术的推广范围。

3.3 主要农作物高产、优质安全栽培理论与技术研究

针对山东省生产的自然条件、独特的耕作制度以及制约该区域发展的技术瓶颈,以解决山东省作物生产和产业发展中的关键生产问题为重点,加强作物应用基础研究和关键栽培技术研发,解决作物生产中关键技术难题相对应,研究作物高产生理特性,高产群体构建和群体质量调控技术,挖掘作物高产潜力,以基础理论研究、新技术创新和人才培养为核心,建立和完善不同生态区域的作物高产栽培技术体系,加快技术成果的熟化与转化,提高华北南部的科技创新能力提供技术保障。

围绕作物高产、优质、安全生产目标,系统研究生态环境条件、逆境因素对作物产量与品质形成的影响机制,研究充分利用光、温、肥、水等资源要素提高作物产量的生理生态机制,研究水肥高效利用模式,影响生物固氮能力、提高根瘤菌固氮潜力与合理施肥之间关系,研究光合产物合理分配的调控机制。研究重金属阻隔、农用废弃物无害化利用作物安全生产关键技术,建立农业投入品、作物田间生产技术标准体系,为主要农作物优质安全生产提供技术支撑。

3.4 作物抗逆生理生态研究与技术研发

针对山东省干旱、盐碱地等逆境,研究本区域主要农作物抗旱、耐盐栽培的生理生态基础,探索抗旱、盐碱旱地改良的新途径;研究盐碱地、旱地和瘠薄地作物成苗技术、施肥技术、熟相调控技术和轻简栽培管理技术;建立作物丰产抗逆栽培栽培技术体系。

3.5 主要农作物水肥资源高效利用、抗灾减灾高效技术研究

以提高粮食产量和周年肥水利用效率为目标,研究主要农作物高产不同生育时期的矿质营养和水分的利用状况及其吸收、分配与利用特性;研究土壤水肥持蓄和供应特性;研究不同产量水平和肥力水平条件下的作物水肥互作机理,确立高产作物关键生育时期的肥料高效利用技术和指标;研究秸秆还田条件下的水氮高效利用技术;研究高产小麦的水肥实时管理与周年高效利用技术。

针对山东主要农作物农业隐性灾害的发生特点,通过生物抗灾、技术减灾及应变避灾的研究与开发,突破抗灾、减灾、避灾的关键技术,研发一批与农艺技术配套的新型抗灾关键技术措施,构建作物抗隐性灾害技术体系和规范,达到作物生产轻灾年份不减产,重灾年份少减产10%-15%,正常年份增产5%的目标。