1、国家重点实验室申请报告实验室名称： 作物种质创新与分子育种国家重点实验室项目依托单位： 福建省农业科学院项目负责人：联 系 人：联 系 电 话：手 机：传 真：电 子 邮 件：通 讯 地 址：邮 政 编 码：申 报 时 间：22目 录一、建设实验室的目的、意义 .11.1 构筑海峡西岸农业基础研究公共服务平台 .11.2 挖掘利用福建省农业生物资源的优势 .11.3 建立海峡两岸作物种质资源合作研究载体 .21.4 打造作物种质资源创新利用的研究中心 .31.5 重点实验室建设的主要目标 .41.6 重点实验室建成后的作用与贡献 .4二、国内外该学科最新进展，发展趋势，应用前景 .72.1 学
2、科最新进展 .72.1.1 种质资源创新利用手段得到进一步更新 .72.1.2 分子育种成为实现作物育种突破的关键 .82.2 发展趋势与应用前景 .9三、实验室研究方向、主要研究内容 .143.1 研究方向 .143.2 主要研究内容 .143.2.1 方向一、农作物优异种质资 源发掘与创新 .143.2.2 方向二、农作物功能基因 组学与分子育种技术创新研究 .153.2.3 方向三、作物育种新方法与新品种选育 .153.2.4 方向四、作物内生与根际 微生物标记与健康栽培的机理 .163.2.5 方向五、作物品种抗病虫的分子机理和病虫生态防控技 术 .17四、实验室现有工作基础、水平 .
3、184.1 实验室在国内外的影响和地位 .184.2 本实验室近 5 年承担的重大科研任务 .19五、科研队伍状况及培养人才的能力 .215.1 队伍规模和结构总体情况 .21六、已具备的科研条件 .22七、主要工作规划、预期目标与水平 .23附件 1:作物种质创新与分子育种国家重点实验室运行管理办法 .27附件 2:实验室现有固定人员名单（作物所） .31附件 3:现任学术委员会名单 .33附件 4:实验室主要仪器设备清单（作物所） .34附件 5:实验室近 5 年来承担的重要科研项目清单（作物所） .36附件 6:实验室近 5 年来重要获奖清单（作物所） .41附件 7:实验室近 5 年来
4、重要学术专著、论文、发明专利等科研成果清单 .43附件 8:实验室近 5 年来开放课题清单 .453311一、建设实验室的目的、意义1.1 构筑海峡西岸农业基础研究公共服务平台全面贯彻落实国家科技规划纲要，围绕提升原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力，保障重大科技专项等战略性任务的顺利实施，加强系统设计和前瞻布局，以改革 为动力，充分 发挥市场 主体和政府引导作用，从研究实验体系、科技公共服务 体系、 产业技术开发体系、企业技术创新体系和创新服务体系五个层面推进自主创新基础能力建设，构筑自主创新能力的物质支撑体系。自主创新基础能力建设是国家创新体系建设的重要组成部分，是保障和促进
5、全社会创新活动、培养和凝聚高层次人才、建 设创 新型国家的必要物质技术基础，是国家基础设施建设的重要内容，是由国家重大科技基础设施、 实验室体系、工程中心、企业技术中心等构成的国家自主创新支撑体系。中央已经将支持海峡西岸经济区建设和经济发展写入十七大报告，成为国家发展战略的重要组成部分。福建省经济的发展在祖国 统一大业中具有举足轻重的作用和重要意义，希望国家从实现祖国统一大业的层面上来考量，部署和建设好国家科技平台，为促进福建省乃至全国经济更好、更快发展打下坚实的基础。作物优良品种是提高农产品产量、改善品质、提高市场竞争力的物质基础。基因组学和生物信息学的迅猛发展，正在促使作物育种方法发生重大
6、变革。加强作物分子育种技术研发，创 造具有重大应用价值的新种质，培育高产优质多抗高效作物新品种，对确保国家粮食安全、生态安全和促 进农民增收具有重大战略意义。分子育种，即在经典遗传学和现代分子生物学、分子遗传学理论指导下，将现代生物技术手段整合于经典遗传育种方法中，结合表现型和基因型筛选，设计培育优良新品种。本项目旨在 组建国家作物分子育种技术平台，提升我省作物育种水平，提高育种效率。1.2 挖掘利用福建省农业生物资源的优势福建省地处东南沿海 26北回 归线（23 28）附近，武夷山脉纵贯期间，在生物地理上是东洋区和古北区的分界线，隐藏着极其丰富的生物资源，这里是动物、植物、微生物的王国。从农
7、业上看，有着极其丰富的作物品种资源、食用菌资源、药用植物资源、山地牧草资源。从这个区域选育的作物品种，具有高度的适22应性，适合于南方和北方种植。这个地区不是农业的主要耕作，但是，是个作物品种的产生区，如水稻、茶叶、果树、食用菌、甘蔗、小麦、大豆、油菜、花生、甘薯、蔬菜、花卉、中药才、牧草等都选育出在国内有影响的品种。以具有华南亚热带生态型的粮经作物（水稻、玉米、甘薯、马铃薯、甘蔗）、园艺作物（食用菌、蔬菜、茶叶、果树、花卉）、 药用植物、牧草等具有显著研究和产业优势的主要农作物为研究对象，重点攻克作物分子育种的技术瓶颈，如功能性分子标记开发、实用性分子 标记的发掘、分子 标记检测 技术的改良
8、、 规模化应用水平的提高等，建立现代作物分子创制技术体系， 实现 育种理论和关键技术的新突破，提高育种效率；创造具有突破性的优异育种新材料，如高产优质多抗高效的作物育种新材料，培育有重大应用价值的新品种，整体提升我国作物育种水平。通过项目实施，带动育种人才 队伍建设，形成国家作物分子育种研究基地， 实现项目、人才与基地的紧密结 合。1.3 建立海峡两岸作物种质资源合作研究载体 福建与台湾隔海相望（最近处仅 80 海里），台湾位于北纬 2125 之间，年平均气温 22，福建位于北纬 2328 之间，年平均气温 19，闽台农业气候极其相似，引种成功的可能性大。海峡两岸横跨地球纬 度 49 度（41
9、5N5331N ），地形、气候复杂，属热带亚热带的“立体农业” （中高海拔山地分别占总面积的 80%和71%），具有十分丰富的生物多样性和各类优质的作物品种资源，尤其是台湾省经过 20 世纪三次世界性大引种，建立了作物种质资源库，保存有 67601 份种质资源，目前台湾省生产上应 用的作物品种绝大多数是世界一流的作物良种，台湾的农产品以优质著称于世。海峡两岸人为隔绝近 50 年，以致台湾省的品种资源难以挖掘利用。福建省具有独特的地理位置和闽台民间往来的优势，有利于台湾省的作物优质品种资源得到充分挖掘、研究和利用。海峡两岸的农业资源短缺，两岸（闽、台）人均耕地分别仅为全国平均的 42%和 33%
10、，两岸都面临着人口越来越多、耕地越来越少、资源越来越短缺的严峻现实， 选育高产、 优质、多抗作物良种（特别是主要经济作物和园艺作物）显得十分重要，特别是对于人均耕地全国最少的省份之一福建省显得尤为重要。作物优 异种质和特异基因资源的争夺和发掘已成为国际竞争的焦点，但目前我国在作物基因资源的精细鉴定评价、新基因发掘速度、重大突破性新材料创制、资源利用 类型多样化等方面尚存在较大差距，急需提升评价、鉴定、改良、创 新等技术。随着人 们生活水平的不断提高，以及我国加入 WTO 后与世界距离进一步缩小，生 产上对优质、高 产、多抗、广适应和耐贮运等其它具有优良农艺性状新品种的要求日益迫切。目前现有的种
11、质资源无法满足上述要33求，迫切需要我们在原有种质资源的基础上，采用先进的技术进行作物种质资源的挖掘、创新与利用。长期的育种实践告诉我们，拥 有丰富的种质资源及深化对种质资源的鉴定、遗传改良是取得育种成效的关键。要实现这一育种目标，首要的工作是加强种质资源的挖掘和创新。组建作物种质创新与分子育种国家重点实验室，有助于促进和加强我国农作物种质资源的交流、挖掘和创新研究， 缩小与其它发达国家、地区在遗传育种、分子生物学研究的差距；开展作物分子育种研究，促进分子育种和传统育种的紧密结合，建立国家农作物分子育种的技术平台，适应社会及市场发展的需求。 1.4 打造作物种质资源创新利用的研究中心 作物新品
12、种选育是农业生产中的重要组成部分。随着人们生活水平的不断提高，以及我国加入 WTO 后与世界的距离进一步 缩小，生 产上对优质、高产、多抗、广适应、耐贮运等其它具有优良农艺性状新品种的要求日益迫切。但目前 现有的种质资源不能满足上述要求，需要我们在原有种质资源的基础上，采用先进的技术进行作物种质资源的创新与利用。在作物种质创新研究中，随着生物科学、农业科学和信息科学等学科的迅猛发展，近年来随着分子生物学理论和技术的进一步深入，相关的研究手段也日新月异，使得该领域的研究取得了一系列的重要进展，获得了许多新的具有优质、耐逆和抗病虫等性状的优良种质资源。作物种质创新的技术手段也已由最初的引种驯化、自
13、然变异的选择 、以及 传统杂交重组等常 规创新技术，向以 细胞工程创新技术转变，继而发展到以分子育种方式改造为标志的分子调控技术创新。分子育种研究主要包括转基因育种、分子标记辅助选择育种和分子设计育种，其核心仍然是经典育种手段和方法；同时，由于分子生物学研究方法及其技术的应用，研究目的和研究效率得到提高，原有的种 间生殖隔离得到一定程度的打破，显 示了明显的优越性。目前，分子 标记辅助选择 的育种在我国应用已开展多年，有些育成品种已开始在生产上应用， 转基因育种也取得了很大成就。随着水稻基因组测序和重要农艺性状基因的定位分离，染色体片段置换系的构建及等位基因功能效率的分析等研究的进展，分子育种
14、已有一定的基础。现代作物遗传育种科学发展的总趋势是生物高新技术与常规遗传改良技术紧密结合，分子育种技术已成为当代提高作物育种效率的重要手段，优质、高产、 专用、抗逆、资源高效和环境友好型作物超级新品种的培育已成为发展的首要目标。因此，作物种质创新与分子育种国家重点实验室的建设将有助于进一步发挥福建省的优势和特色，构建参与国际种质创 新竞争的技术平台， 进 一步提升作物特异基因资源研究及作物超级新品种选育的技术水平，极大地促进我国作物遗传育种科学研44究的发展，加快我国作物育种水平的提升。1.5 重点实验室建设的主要目标 充分发挥闽台地缘近、血缘亲、文 缘深的优势，以闽 台科研交流为平台，通过对
15、福建省特色地方种质资源的收集和台湾丰富优异种质资源的引进，进一步对种质资源进行创新利用与遗传改良，从而丰富、提高种质资源数量和质量。 作物优良品种是提高农产品产量、改善品质、提高市场竞争力的物质基础。基因组学和生物信息学的迅猛发展，正在促使作物育种方法发生重大变革。加强作物分子育种、细胞工程育种等现代生物育种技术研发，创造具有重大应用价值的新种质，培育高产优质多抗高效作物新品种，对确保国家粮食安全、生态安全和促进农民增收具有重大战略意义。本实验室以主要农作物种质创新、新品种选育为主要研究对象，重点攻克作物分子育种和细胞工程育种的技术瓶颈，建立现代作物分子和细胞品种创制技术体系， 实现育种理论和
16、关 键技术的新突破，提高育种效率；创造具有突破性的优异育种新材料，培育有重大应用价值的新品种，提升我国作物育种水平。通 过实验室建设，带动育种人才 队伍建设，形成国家作物分子育种研究基地， 实现项目、人才与基地的紧密结合。1.6 重点实验室建成后的作用与贡献 实验室建成后，主要面向全国开放，促进全国作物分子育种队伍的协作攻关与交流，全面攻克分子育种的技术瓶颈。立足于 对农 作物种质资源的创新、 鉴定及遗传改良研究，新基因发 掘、分子生物学基 础研究、分子育种等研发设施，促进和加速农作物新品种选育，适应育种目标多样性的要求，为我国农作物遗传育种研究提供良好的科研平台。主要表现在：（1）加强我国农
17、作物分子育种的交流与合作，进一步提升我国农作物功能基因组学和分子育种技术平台。作物功能基因 组研究为人 类认识生物、改造生物提供重要基础，已成 为农业高新技 术研究的重要组成部分，同时也是农业生命科学领域国际竞争的焦点。依据我国 经济社会特别是农业农 村经济发展的重大需求和现有研究开发基础，以 粮 经作物（水稻、玉米、甘薯、 马铃 薯、甘蔗）、园 艺作物（食用菌、蔬菜、茶叶、果树、花卉）、 药用植物、山地牧草等为支持重点，以 获得一大批有重要应用价值的基因为主要目标，系统开展分子育种技 术创新，功能基因组学研究，为主要农作物品种改良，实现“高产、优质、抗逆、生态、安全 ”发展目标提供基因资源和
18、知识基础。55（2）充分利用我国“ 十五” 建立的水稻功能基因 组的技 术平台。充分利用水稻基因组序列信息，开发重要功能基因的分子 标记；精细定位 粮经作物（水稻、玉米、甘薯、马铃 薯、甘蔗）、园 艺作物（食用菌、蔬菜、茶叶、果树、花卉）、 药用植物、牧草等优质、高 产、抗病虫、耐逆、养分高效利用等重要性状基因/主效 QTL，发掘经济实用的分子标记；研究 RNA 干涉等分子育种新技术 在品种改良中的应用。（3）构建高效的分子育种技术体系，提高育种效率。优化高效分子育种技术，聚合优质、高 产、抗病虫、耐逆等重要性状基因 /主效 QTL；分子育种与常规育种技术相结合， 创制高产优质 多抗新品种。系
19、统开展粮 经 作物（水稻、玉米、甘薯、马铃薯、甘蔗）、园艺作物（食用菌、蔬菜、茶叶、果 树、花卉）、 药用植物、牧草产量、品质 、抗病、抗逆、营养高效性状的功能基因组研究，克隆验证新基因和调控因子，应 用芯片技术建立粮 经作物（水稻、玉米、甘薯、 马铃 薯、甘蔗）、园 艺作物（食用菌、蔬菜、茶叶、果树、花卉）、 药用植物、牧草 重要 农艺性状的全基因组表达谱。（4）突破规模化发掘种质资源中优异基因的技术瓶颈。利用水稻、拟南芥等模式植物功能基因组的技术平台，系 统开展粮经作物（水稻、玉米、甘薯、 马铃薯、甘蔗）、园艺作物（食用菌、蔬菜、茶叶、果 树、花卉）、 药 用植物、牧草 的功能基因组研究，
20、 规模化挖掘、克隆验证重要农艺性状基因。（5）实现多目标重要性状的定向改良，提高我国主要粮经作物和园艺作物育种效率。建立粮经作物（水稻、玉米、甘薯、马铃薯、甘蔗）、园艺作物（食用菌、蔬菜、茶叶、果树 、花卉）、 药 用植物、牧草分子育种创新技术体系，实现粮经作物（水稻、玉米、甘薯、马铃薯、甘蔗）、园艺作物（食用菌、蔬菜、茶叶、果树、花卉）、药用植物、牧草育种理论和关 键技术的新突破；创制突破性的育种新材料，选育高产优质多抗高效新品种，提升我国粮经作物和园艺作物育种水平。（6）探索作物品种抗病虫的分子机理和防控技术，包括在群体、个体、细胞、分子水平上深入研究病原物致病性及其变异的分子机制、抗病基
21、因的克隆、植物抗病信号的传递、防卫基因的 诱导及调控机制以及作物持久抗病性的分子育种途径；增强生物控害功能的有效途径以及害虫灾变的预警系统建立，分析作物品种抗病虫基因的变化。（7）利用微生物技术研究作物与微生物相互关系，微生物植物寄主相互作用为切入点，试图在基因组 水平上发现两种生物发生相互作用时，起关键作用的一整套基因的性质与功能、基因与基因间的信号传导网络和调控机制，阐明病原微生物的致病机理和寄主的感病或抗病机理，或共生关系中两种生物体的互惠机理，研究作物品种内生菌微生物标记，作 为作物品种生理状态、气候影响、土壤影响的表示从而为更有效地防控有害微生物和更有效地利用有益微生物提供66新的知
22、识。形成一个研究微生物寄主相互作用的具有特色的研究方向。（8）加强闽台农作物遗传育种的交流与合作 台湾的农产品以优质著称于世，最近大陆开放台湾农产品市场，台湾的各类优质农产品价格普遍高于大陆同类产品 36 倍，最高的达 10 倍以上， 这充分显示了优质农产品的巨大市场潜力和市场竞争力。通过对种质资 源中特定成分的检测及遗传改良研究，开展环境条件对特定成分合成的作用及影响等基础性研究，为新品种选育亲本的选择提供依据的同时，通过种质改良实现 种质的利用并最终促进新品种选育的顺利完成。福建和台湾一水相隔，生态条件和种植习惯有许多共同之处，两岸农作物育种研究有很好的合作传统，福建省已有利用台湾品种作优
23、良亲本选育出优良品种的成功经验，但台湾的有些优良品种直接作亲本利用却未能得到预期效果，通过科研协作，对 台湾品种进行改良，可以实现优良目的性状的有效遗传并在子代得以表现。77二、国内外该学科最新进展，发展趋势，应用前景2.1 学科最新进展2.1.1 种质资源创新利用手段得到进一步更新种质资源是培育良种的基础，良种的增产增收贡献率大，育种应该是农作物技术体系的核心部分。近 20 年来世界农作物育种无论在遗传资源材料的开发、利用和创新上，还是在所育成品种的科技含量水平上都有了显著的提高。可有效利用的种质资源贫乏已经成为农作物育种研究持续发展的首要限制因素。许多国家特别是美、日、俄等国都投入大量人力
24、、物力进行农作物遗传资源的搜集、保存、鉴 定、 评 价以及优异种质资源的创新研究，美国、日本以及国际植物遗传资源委员会(IBPGR)等发达国家和国际组织在 20 世纪 30 年代就开始较系统的征集和保存农作物种质资源，并开展相关研究。这些国家都设有专门的种质资源保存、研究中心，负责遗传资源的研究保存并为育种 单位提供亲本或育种原始材料。在注意搜集保存本国农 作物遗传资源的同时， 还 十分重视国外资源的搜集、交换、引 进。台湾地区作物种质资源丰富，同时也十分重视农作物种质资源的搜集，引进与创新利用。通过 1967、1970、1986 年三次大规模世界性引种，建立了作物种 质资源库，保存有 676
25、01 份种 质资源，极大地丰富了台湾地区物种， 为台湾在高产、优质品种选育打下了良好的基础。目前台湾省生产上应用的作物品种绝大多数是优良的作物良种。福建与台湾一水之隔，具有良好的人缘、地 缘关系，民间科技、文化、经济 交流频繁。福建开展台湾 农作物种质资 源引进、创新与利用，具有良好的地域条件和工作基础。遗传变异是作物品种改良的基础。对当前优良品种(系)的遗传多样性进行准确的评价可以为亲本选配、后代遗传变异程度及杂种优势水平的预测提供预见性的指导， 这是关系到育种目 标能否成功实现的关键。种质资源鉴定和评价则为应用提供了科学依据。国内外鉴定评价较一致的评价指标包括形态特征、生物学特性和经济性状。在鉴定手段上，首先是制定统一的 记载标准进行观察记载；其次，制定抗逆性、抗病虫性鉴定等方面的鉴定方法，目前主要应用分子标记技术分析品种间遗传上的差异。
