業(yè)科學(xué)學(xué)科發(fā)展報(bào)告.png)
基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)是農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步和創(chuàng)新的原動(dòng)力,是保障糧食安全、農(nóng)產(chǎn)品有效供給和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)。2012年中央“一號(hào)”文件指出要“把農(nóng)業(yè)科技擺在更加突出位置”,進(jìn)一步明確了農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的戰(zhàn)略定位,指出“農(nóng)業(yè)科技的創(chuàng)新重點(diǎn)包括穩(wěn)定支持基礎(chǔ)性、前沿性、公益性科技研究”,包括“大力加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)研究,突破一批重大理論和方法”“加快推進(jìn)前沿技術(shù)研究,搶占現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技制高點(diǎn)”,為基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)研究驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展指明了方向。
一、基本情況
在中國(guó)科協(xié)長(zhǎng)期支持下,在中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)主持下,從2006-2015年由院士,專家牽頭,組織農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)、高等院校頂級(jí)專家、教授,開展了基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科發(fā)展研究。從各年度選擇基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)一、二級(jí)學(xué)科分支領(lǐng)域,深入開展基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科現(xiàn)狀、進(jìn)展、特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)和展望的研究。
“2006-2007年”基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科發(fā)展研究,首席科學(xué)家盧良恕,主持人信乃詮、許世衛(wèi)、孫好勒。選擇了農(nóng)業(yè)植物學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、昆蟲病理學(xué)、農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、農(nóng)業(yè)分子生物學(xué)與生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)數(shù)學(xué)、農(nóng)業(yè)生物物理學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)、農(nóng)業(yè)信息科學(xué)等10大分支領(lǐng)域開展專題研究。
“2008-2009年”基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科發(fā)展研究,首席科學(xué)家戴景瑞、信乃詮,主持人陳阜、鄒瑞蒼、劉旭,選擇了作物種質(zhì)資源學(xué)、作物遺傳學(xué)、作物生物信息學(xué)、作物生理學(xué)、作物生態(tài)學(xué)、農(nóng)業(yè)資源學(xué)、農(nóng)業(yè)環(huán)境學(xué)等7大分支領(lǐng)域開展專題研究。
“2010-2011年”基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科發(fā)展研究,首席科學(xué)家劉旭、信乃詮,主持人許世衛(wèi)、鄒瑞蒼、王全輝,選擇了農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、灌溉排水技術(shù)、耕作學(xué)與農(nóng)作制度、農(nóng)業(yè)環(huán)境學(xué)、農(nóng)業(yè)信息學(xué)、農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全技術(shù)、農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃學(xué)等9大分支領(lǐng)域開展專題研究。
“2012-2013年”基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科發(fā)展研究,首席科學(xué)家劉旭、吳孔明、喻樹迅、信乃詮,主持人許世衛(wèi)、鄒瑞蒼,根據(jù)基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科及其分支領(lǐng)域的進(jìn)展實(shí)際以及未來(lái)發(fā)展的引領(lǐng)作用,確定了作物遺傳育種、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、作物栽培、耕作學(xué)與農(nóng)作制度、農(nóng)業(yè)土壤學(xué)、農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工技術(shù)、植物病蟲害、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全技術(shù)、農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃學(xué)、農(nóng)業(yè)信息學(xué)、農(nóng)業(yè)環(huán)境學(xué)、灌溉排水技術(shù)等12個(gè)分支領(lǐng)域進(jìn)行專題研究,覆蓋面最廣,強(qiáng)化了研究廣度的拓展和研究深度的挖掘。
“2014-2015年”基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科發(fā)展研究,首席科學(xué)家劉旭,主持人許世衛(wèi)、鄒瑞蒼,確定了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)、農(nóng)業(yè)信息分析、農(nóng)業(yè)信息管理、動(dòng)物生物技術(shù)、植物生物技術(shù)、微生物生物技術(shù)等分支領(lǐng)域進(jìn)行專題研究。
持續(xù)立項(xiàng),深入開展基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科發(fā)展研究,表明了它在我國(guó)農(nóng)業(yè)科技中具有基礎(chǔ)性、前瞻性、戰(zhàn)略性的重要作用,同時(shí),也表明了基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科的內(nèi)涵豐富、領(lǐng)域?qū)拸V與博大精深,需要我們不斷地去研究、開拓、創(chuàng)新。
二、重要研究進(jìn)展
2014-2015年,涵蓋基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科一、二級(jí)16分支領(lǐng)域研究均取得了重要進(jìn)展,其中農(nóng)業(yè)信息技術(shù)、農(nóng)業(yè)信息分析、農(nóng)業(yè)信息管理、動(dòng)物生物技術(shù)、植物生物技術(shù)、微生物生物技術(shù)、作物遺傳育種、農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化、農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃、作物昆蟲病理、作物栽培、耕作學(xué)與農(nóng)作制度等是較為活躍、進(jìn)展快、創(chuàng)新力度大的研究領(lǐng)域[1]。
?。ㄒ唬┺r(nóng)業(yè)信息技術(shù)
信息技術(shù)是對(duì)社會(huì)各個(gè)層面影響最大、滲透力最強(qiáng)的高新技術(shù)?,F(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展使人類社會(huì)開始步入信息化時(shí)代,給人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了廣泛而深遠(yuǎn)的影響。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)理論與信息技術(shù)的快速發(fā)展和逐步應(yīng)用,信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)科學(xué)的交叉滲透催生了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)這一新興學(xué)科領(lǐng)域。概括來(lái)說(shuō),農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是指利用信息技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理、戰(zhàn)略決策過(guò)程中的自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、傳遞、處理和分析,為農(nóng)業(yè)研究者、生產(chǎn)者、經(jīng)營(yíng)者和管理者提供信息查詢、技術(shù)咨詢、輔助決策和自動(dòng)調(diào)控等多項(xiàng)服務(wù)的技術(shù)的總稱。
1. 研究進(jìn)展
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展和滲透,特別是近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等學(xué)科理論和技術(shù)的突破與熟化,農(nóng)業(yè)信息學(xué)學(xué)科理論和方法體系的發(fā)展也呈現(xiàn)出裝備化、集成化、協(xié)同化的特征,信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理決策過(guò)程中發(fā)揮出越來(lái)越顯著的作用,新型的信息產(chǎn)品和工具不斷涌現(xiàn),為我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展與轉(zhuǎn)變提供了重要手段。
?。?)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出智能化、集成化特征
現(xiàn)階段,農(nóng)業(yè)信息技術(shù)方法正在向成熟,農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的研究更加面向?qū)嶋H農(nóng)業(yè)科學(xué)問(wèn)題的解決,并越來(lái)越注重研究深度和實(shí)用性的結(jié)合。隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,農(nóng)用無(wú)線傳感器及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、RFID 電子標(biāo)簽技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,為農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)和信息的獲取提供了強(qiáng)有力的手段;而云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,使分布式計(jì)算、分布式數(shù)據(jù)融合、并行計(jì)算成為可能,為農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)和信息的融合、關(guān)聯(lián)提供了技術(shù)支撐;而大數(shù)據(jù)技術(shù)則進(jìn)一步將已有技術(shù)進(jìn)行集成,并提供了更加強(qiáng)大的數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、裝載,數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化技術(shù),為農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)和信息的集成、處理和表達(dá)提供了方法和工具。因此,在理論、方法和工具方面,農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)和信息獲取、集成、處理、分析和展現(xiàn)的理論、技術(shù)和方法日趨成熟,為智能化的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)處理、決策奠定了基礎(chǔ),并具備了適用性農(nóng)業(yè)智能裝備研發(fā)與生產(chǎn)的條件。
?。?)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)體系日益完善
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與裝備。在農(nóng)業(yè)資源管理物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方面,隨著農(nóng)業(yè)的精細(xì)化,農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)調(diào)度方面的應(yīng)用將逐步普及;在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)方面,隨著納米技術(shù)、光電技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)的發(fā)展,農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)可以感知到更多、更為精細(xì)的環(huán)境參數(shù);在農(nóng)產(chǎn)品與食品質(zhì)量安全管理與溯源方面,農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要集中在農(nóng)產(chǎn)品包裝標(biāo)識(shí)及農(nóng)產(chǎn)品物流配送等。
精細(xì)作業(yè)和智能裝備技術(shù)。精細(xì)作業(yè)技術(shù)與智能裝備是指將現(xiàn)代電子信息技術(shù)、作物栽培管理決策支持技術(shù)和農(nóng)業(yè)工程裝備技術(shù)等集成組裝起來(lái),用于精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)?,F(xiàn)階段該領(lǐng)域的研究集中在精細(xì)作業(yè)技術(shù)與智能裝備、農(nóng)田空間信息快速采集技術(shù)、精細(xì)作業(yè)導(dǎo)航與控制技術(shù)、國(guó)內(nèi)決策模型與處方生成技術(shù)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)裝備及配套生產(chǎn)管理技術(shù)等方面。
先進(jìn)農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)。根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同,可以將先進(jìn)農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)劃分為兩大類—生命信息傳感器技術(shù)和環(huán)境信息傳感器技術(shù)?,F(xiàn)有的生物、環(huán)境信息檢測(cè)技術(shù),大都基于檢測(cè)對(duì)象的靜態(tài)屬性,不能用于實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)的信息感知傳感與監(jiān)測(cè),不能適用于現(xiàn)在農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)無(wú)線傳輸和后續(xù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)。
農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人。現(xiàn)階段,對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究主要集中在機(jī)器人規(guī)劃導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域,其包括兩大部分的內(nèi)容,一部分是農(nóng)業(yè)機(jī)器人地面移動(dòng)平臺(tái)的導(dǎo)航與控制技術(shù);另一部分是農(nóng)業(yè)機(jī)器人作業(yè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作規(guī)劃技術(shù)。
農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與信息服務(wù)。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是近幾年興起一項(xiàng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù),它包括數(shù)據(jù)的積累、數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用三個(gè)方面。有關(guān)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)信息服務(wù)技術(shù)研究主要集中在農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)、農(nóng)業(yè)專用軟件系統(tǒng)、農(nóng)村綜合服務(wù)平臺(tái)和農(nóng)業(yè)移動(dòng)服務(wù)信息終端等方面。
農(nóng)村遠(yuǎn)程教育。我國(guó)的遠(yuǎn)程教育技術(shù)已經(jīng)開始進(jìn)入以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新階段。在高等教育方面,教育部已經(jīng)批準(zhǔn)45所重點(diǎn)高校開辦網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育;在基礎(chǔ)教育方面,近年來(lái)各地自發(fā)地涌現(xiàn)出一大批中小學(xué)教育網(wǎng)校;在成人教育方面,各地原有的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)正在向網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移,形成多種媒體共存的新格局。
2. 重大成果
作物豐產(chǎn)信息技術(shù)應(yīng)用。近幾年來(lái),我國(guó)在玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)理論及技術(shù)體系研究、水稻高產(chǎn)共性生育模式與形態(tài)生理精確定量指標(biāo)及其使用診斷方法、作物病蟲害防治與預(yù)警技術(shù)、濱海鹽堿地棉花豐產(chǎn)栽培技術(shù)體系以及作物生長(zhǎng)無(wú)損監(jiān)測(cè)與定量診斷技術(shù)體系取得了豐碩成果,部分技術(shù)基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能裝備。我國(guó)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能裝備的研究緊跟國(guó)際步伐,取得了可喜的成績(jī),在主要作物水肥一體化高效利用技術(shù)體系及田間標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理模式、機(jī)械化旱地移栽技術(shù)、農(nóng)機(jī)作業(yè)智能指揮調(diào)度、花生收獲機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)與裝備、田間自動(dòng)導(dǎo)航等方面均取得了重大的突破。
遙感監(jiān)測(cè)。近幾年來(lái),監(jiān)測(cè)預(yù)警研究取得了具有較高顯示度的標(biāo)志性成果,在資源的監(jiān)測(cè)與調(diào)度、生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)與管理、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等方面都取得了原創(chuàng)性的研究成果。同時(shí),運(yùn)用生態(tài)學(xué)理論,結(jié)合GIS、遙感技術(shù),以入侵植物生態(tài)、生理、分布特點(diǎn)為基礎(chǔ)建立的監(jiān)測(cè)預(yù)警模型,也是當(dāng)前外來(lái)入侵植物監(jiān)測(cè)預(yù)警工作中重要的研究方法之一。
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。近年來(lái),農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究非?;钴S,我國(guó)也在傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)、有線無(wú)線通信系統(tǒng)、分析決策與控制系統(tǒng)等領(lǐng)域取得了關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)步,達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。2010年8月,中國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)中心成立,該中心大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一些重要環(huán)節(jié)初步實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列,顯著提升我國(guó)農(nóng)業(yè)信息化水平。
農(nóng)業(yè)信息服務(wù)技術(shù)。農(nóng)業(yè)信息服務(wù)是農(nóng)業(yè)信息學(xué)最早的應(yīng)用領(lǐng)域,也一直是農(nóng)業(yè)信息學(xué)理論、方法和技術(shù)創(chuàng)新的熱點(diǎn)領(lǐng)域。金農(nóng)網(wǎng)是中國(guó)領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)門戶網(wǎng)站,提供農(nóng)業(yè)信息、電子商務(wù)、廣告宣傳等服務(wù),已經(jīng)成為最大的中國(guó)農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之一。目前已經(jīng)在全國(guó)334個(gè)市,2800個(gè)縣區(qū),34675個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建立了分站,為61萬(wàn)多個(gè)村建立了網(wǎng)頁(yè),實(shí)現(xiàn)全部覆蓋,在鄉(xiāng)鎮(zhèn)分站上可以查到55萬(wàn)個(gè)村子的聯(lián)系電話。
(二)農(nóng)業(yè)信息分析
信息分析工作逐漸應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理活動(dòng)之中,并在理論方法研究、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備系統(tǒng)研發(fā)等方面取得重要進(jìn)展,從而催生出以農(nóng)業(yè)信息流運(yùn)動(dòng)規(guī)律為研究對(duì)象的農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)(agricultural information analytics)。農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)是信息分析在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、市場(chǎng)流通、農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)和農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理等領(lǐng)域?qū)嵺`活動(dòng)的科學(xué)歸納和抽象總結(jié)。我們將農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)定義為:以農(nóng)業(yè)信息流為研究對(duì)象,以農(nóng)業(yè)、信息、經(jīng)濟(jì)、管理等學(xué)科為基礎(chǔ),以信息技術(shù)為手段,通過(guò)分析農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通和消費(fèi)等環(huán)節(jié)信息流,揭示農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中各類信息變化規(guī)律的新型交叉學(xué)科。
1. 研究進(jìn)展
經(jīng)過(guò)多年的積累和發(fā)展,農(nóng)業(yè)信息分析工作在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、分析對(duì)象、應(yīng)用系統(tǒng)、實(shí)施效果等方面均取得了重要的研究進(jìn)展。
?。?)數(shù)據(jù)獲取方面
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取是農(nóng)業(yè)信息分析工作的基礎(chǔ)與前提。隨著農(nóng)業(yè)信息分析研究工作的推進(jìn),我國(guó)農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)獲取已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了由“傳統(tǒng)靜態(tài)”到“智能動(dòng)態(tài)”的轉(zhuǎn)變,自動(dòng)獲取、智能搜索等方法已經(jīng)在當(dāng)前的數(shù)據(jù)采集活動(dòng)中廣泛應(yīng)用,對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了智能化監(jiān)控,逐漸形成了一批較有影響力的農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫(kù),為我國(guó)農(nóng)業(yè)信息分析提供了有力的支撐。
目前,衛(wèi)星遙感、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、無(wú)線傳感、人工智能、Web挖掘、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)、農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)、突發(fā)事件等相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與監(jiān)控中,使獲取數(shù)據(jù)的時(shí)效性、動(dòng)態(tài)性、準(zhǔn)確性、針對(duì)性明顯增強(qiáng)。
農(nóng)業(yè)信息分析的數(shù)據(jù)信息逐步積累,一批較有影響力的農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)逐漸建成。國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心包括了作物、動(dòng)物、區(qū)劃、漁業(yè)、草地等七個(gè)數(shù)據(jù)分中心,集成了作物科學(xué)、動(dòng)物科學(xué)與動(dòng)物醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)區(qū)劃數(shù)據(jù)、漁業(yè)與水產(chǎn)科學(xué)、熱作科學(xué)、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)微生物科學(xué)等12個(gè)領(lǐng)域的500個(gè)農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù),每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都擁有10萬(wàn)條以上信息。
(2)分析對(duì)象方面
分析對(duì)象逐漸細(xì)化,分品種分析成為重點(diǎn)。近幾年來(lái),許多農(nóng)業(yè)科研工作者和專門的農(nóng)業(yè)信息分析工作者開展了大量的農(nóng)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品分析研究,從已發(fā)表的文章看,2000-2004年期間我國(guó)有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品分析預(yù)測(cè)的文章不足100篇,2005-2010年期間接近800篇,近4年有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品分析性的文章更是成倍增長(zhǎng),其中1/10左右的文章運(yùn)用模型進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。我國(guó)農(nóng)業(yè)信息分析發(fā)生了明顯變化,小麥、棉花、豬肉、牛奶等具體分品種預(yù)警的文獻(xiàn)增多,月度分析預(yù)測(cè)的文獻(xiàn)趨多。分析產(chǎn)品不僅涉及到糧、棉、油等大宗農(nóng)產(chǎn)品,而且還涉及到諸如木薯、葡萄等以前極少關(guān)注的品種。
分析對(duì)象逐漸擴(kuò)容,小宗農(nóng)產(chǎn)品成為農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)預(yù)警的新對(duì)象。農(nóng)業(yè)部分品種監(jiān)測(cè)預(yù)警工作,常規(guī)監(jiān)測(cè)由起步時(shí)期2002年的8大類30個(gè)品種擴(kuò)大到2010的18大類100多個(gè)品種,并分別按月度、季度、年度定期發(fā)布分品種監(jiān)測(cè)報(bào)告。
?。?)應(yīng)用系統(tǒng)方面
涉農(nóng)信息分析系統(tǒng)開發(fā)明顯加快,由點(diǎn)到面覆蓋領(lǐng)域明顯拓寬。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前全國(guó)與農(nóng)業(yè)相關(guān)的主要監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)共有84個(gè)。近10年來(lái),農(nóng)業(yè)部堅(jiān)持開展農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)預(yù)警工作,建立了“農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)”,該系統(tǒng)收集了18大類產(chǎn)品(糧、棉、油、糖、肉、蛋、奶、蔬菜、水果等)、14大類主題(國(guó)際、國(guó)內(nèi)、日更新,貿(mào)易月度更新、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)等)的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù),通過(guò)靈活的指標(biāo)、算法、警限管理動(dòng)態(tài)組成預(yù)警模型,實(shí)現(xiàn)分時(shí)間分區(qū)域動(dòng)態(tài)預(yù)警。2008年,新華社依托遍布全國(guó)的333個(gè)地級(jí)市及海外23個(gè)重點(diǎn)城市的信息采集員隊(duì)伍以及海內(nèi)外信息采集網(wǎng)絡(luò),建立了以農(nóng)副產(chǎn)品和農(nóng)資價(jià)格為主的采集、處理、分析和發(fā)布系統(tǒng)——“新華時(shí)訊通價(jià)格監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)”。
?。?)實(shí)施效果方面
近年來(lái),我國(guó)農(nóng)業(yè)信息分析工作得到各方充分肯定。農(nóng)業(yè)部自2002年開始市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)工作以來(lái),農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)預(yù)警工作效果顯著。由農(nóng)業(yè)部信息中心、農(nóng)業(yè)部農(nóng)村研究中心、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所組成了30多人的信息分析員隊(duì)伍,對(duì)大米、小麥、玉米、豬肉、棉花、油料、禽蛋、奶類、蔬菜、水果等農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行常規(guī)分析監(jiān)測(cè)和應(yīng)急跟蹤監(jiān)測(cè),根據(jù)數(shù)據(jù)信息和分析預(yù)測(cè)結(jié)果形成的日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、專報(bào)、??刃问降南盗修r(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與深度分析報(bào)告上報(bào)國(guó)務(wù)院或農(nóng)業(yè)部。2010年以來(lái),分品種監(jiān)測(cè)由常規(guī)監(jiān)測(cè)延伸到熱點(diǎn)監(jiān)測(cè),一些已經(jīng)發(fā)生或潛在發(fā)生的事件被及時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警,并及時(shí)上報(bào),為相關(guān)部門及時(shí)有效地進(jìn)行宏觀調(diào)控提供了決策參考。其中,西南干旱對(duì)蔬菜價(jià)格影響、綠豆價(jià)格暴漲、個(gè)體奶站瘋狂搶奶、美國(guó)雞蛋沙門氏菌事件、小龍蝦安全事件等熱點(diǎn)引起了國(guó)務(wù)院和農(nóng)業(yè)部領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。
2. 重大成果
《農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)》出版發(fā)行??紤]到國(guó)內(nèi)外尚未有系統(tǒng)闡述農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)相關(guān)理論、方法和技術(shù)的著作,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所組織編寫了《農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)》,并于2013年11月由高等教育出版社出版發(fā)行。這是迄今為止農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)科的第一部專著,也是農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)的“開山之作”?!掇r(nóng)業(yè)信息分析學(xué)》全面系統(tǒng)地闡述了農(nóng)業(yè)信息分析的相關(guān)理論、分析方法和模型系統(tǒng),體現(xiàn)了近二三十年來(lái)農(nóng)業(yè)信息分析工作實(shí)踐與理論的創(chuàng)新成果,成為反映最近國(guó)內(nèi)外前沿研究成果的創(chuàng)新性著作。《農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)》是農(nóng)業(yè)信息分析領(lǐng)域最新科研工作取得成果的全面凝練和總結(jié),此書的出版發(fā)行是近些年農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)科建設(shè)取得的重要標(biāo)志性成果。
農(nóng)情與市場(chǎng)信息監(jiān)測(cè)設(shè)備研發(fā)取得突破。2014年6月份,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所研制的先進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)信息采集設(shè)備(農(nóng)信采)榮獲中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果一等獎(jiǎng)。該設(shè)備集成了農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)全息信息理論,內(nèi)置了《農(nóng)產(chǎn)品全息市場(chǎng)信息采集規(guī)范》和《農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)信息分類與計(jì)算機(jī)編碼》兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),創(chuàng)新了農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)信息采集、傳輸、智能處理等技術(shù),有效地解決了我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)預(yù)警工作中長(zhǎng)期存在的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化程度低、采集實(shí)時(shí)性差、質(zhì)量難以有效控制等突出問(wèn)題,為我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息采集與預(yù)測(cè)預(yù)警提供了重要的技術(shù)支撐。目前,農(nóng)信采已在北京、河北、廣東等全國(guó)多個(gè)省市推廣應(yīng)用,并在2014年棉花、大豆目標(biāo)價(jià)格監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮了重要的作用。
農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估技術(shù)研究成就顯著。國(guó)內(nèi)研究人員以水稻、小麥和玉米等糧食作物為研究對(duì)象,分析了我國(guó)不同自然災(zāi)害的危害程度與危害頻率、演變趨勢(shì)和空間分布,擬合了作物因?yàn)?zāi)損失率序列的概率分布,估算了不同災(zāi)害因子對(duì)作物生產(chǎn)的危害程度,創(chuàng)新了農(nóng)作物自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)損失識(shí)別技術(shù)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是我國(guó)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展急需解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,也是農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估學(xué)科亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)研究人員基于現(xiàn)代風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估理論,分別構(gòu)建了“剔除趨勢(shì)-擬合分布-度量風(fēng)險(xiǎn)”的農(nóng)業(yè)常規(guī)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和“計(jì)算損失-超越閾值-擬合分布-度量風(fēng)險(xiǎn)”的農(nóng)業(yè)極端災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,有效地解決了農(nóng)業(yè)常規(guī)災(zāi)害和極端災(zāi)害損失的概率分布難題。
中國(guó)農(nóng)業(yè)展望大會(huì)成功召開。2014年4月20日至21日,由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所主辦的首屆中國(guó)農(nóng)業(yè)展望大會(huì)在北京召開,開創(chuàng)了中國(guó)農(nóng)業(yè)展望工作的先河,結(jié)束了中國(guó)沒(méi)有農(nóng)業(yè)展望大會(huì)的歷史。會(huì)議發(fā)布了《中國(guó)農(nóng)業(yè)展望報(bào)告(2014-2023)》以及糧食、棉花、油料、糖料、肉類、禽蛋、奶類、蔬菜、水果等農(nóng)產(chǎn)品分品種展望報(bào)告,圍繞農(nóng)業(yè)資源環(huán)境、農(nóng)業(yè)支持政策、農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新等熱點(diǎn)專題進(jìn)行了研討。中國(guó)農(nóng)業(yè)展望大會(huì)還以農(nóng)業(yè)中長(zhǎng)期展望報(bào)告發(fā)布及18場(chǎng)專題報(bào)告形式,圍繞當(dāng)前及今后10年我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、消費(fèi)、市場(chǎng)走勢(shì)進(jìn)行了信息發(fā)布與研究成果交流。2015年4月20日至21日,“2015年中國(guó)農(nóng)業(yè)展望大會(huì)”再次在北京成功召開。連續(xù)兩年中國(guó)農(nóng)業(yè)展望大會(huì)的成功召開標(biāo)志著我國(guó)農(nóng)業(yè)信息工作取得了顯著成效,也是我國(guó)農(nóng)業(yè)信息分析學(xué)科在實(shí)踐應(yīng)用中的重要進(jìn)展。
?。ㄈ┺r(nóng)業(yè)信息管理
依托農(nóng)業(yè)科學(xué)理論、信息技術(shù)與系統(tǒng)科學(xué),現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與研究的各個(gè)領(lǐng)域逐步滲透,產(chǎn)生大量的信息流。對(duì)這些信息流的獲取、加工及有效配置催生了農(nóng)業(yè)信息管理這一新興學(xué)科。在農(nóng)業(yè)信息管理學(xué)科的形成與發(fā)展過(guò)程中,專家學(xué)者從不同角度給出了定義。概括來(lái)說(shuō)可以將農(nóng)業(yè)信息管理定義為:以農(nóng)業(yè)管理科學(xué)、信息科學(xué)及系統(tǒng)科學(xué)為基礎(chǔ),以現(xiàn)代新興信息技術(shù)為支撐,針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的信息流進(jìn)行計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)、領(lǐng)導(dǎo)與控制,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的充分開發(fā)與合理利用。
1. 研究進(jìn)展
隨著信息技術(shù)的發(fā)展,信息管理學(xué)科不斷與時(shí)俱進(jìn),融合信息科學(xué)理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)理論、管理科學(xué)理論等多種理論。通過(guò)開展農(nóng)業(yè)信息資源建設(shè)、信息組織及開發(fā)利用、農(nóng)業(yè)信息資源效益評(píng)價(jià)等研究,重點(diǎn)突破信息資源分析評(píng)價(jià)、知識(shí)組織、本體論、數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)、數(shù)字資源長(zhǎng)期保存等關(guān)鍵技術(shù),完善農(nóng)業(yè)信息管理學(xué)科。近幾年農(nóng)業(yè)信息管理領(lǐng)域取得了不少重要的研究進(jìn)展。
?。?)在農(nóng)業(yè)信息資源建設(shè)方面
從上世紀(jì)80年代初到90年代乃至本世紀(jì)近兩年,我國(guó)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)得到了飛速的發(fā)展。圖書館數(shù)據(jù)庫(kù)種類繁多,資源的學(xué)科分布則隨著國(guó)家發(fā)展目標(biāo)、科學(xué)研究和教育的需要以及信息市場(chǎng)需求的變化而變化。從最初的書目(索引、文摘)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展到如今的全文數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)值數(shù)據(jù)庫(kù)和事實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù);從指南型數(shù)據(jù)庫(kù)(指引用戶到另一信息源查找信息)的建設(shè)發(fā)展到了源數(shù)據(jù)庫(kù)(直接給用戶提供原始資料或具體數(shù)據(jù))的建設(shè)。
最近幾年,國(guó)內(nèi)關(guān)于農(nóng)業(yè)信息資源建設(shè)方面的研究主要集中在以下領(lǐng)域:一是標(biāo)準(zhǔn)與政策層面。包括數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、開放獲取政策等;二是技術(shù)層面。包括文獻(xiàn)資源數(shù)字化與精細(xì)化管理技術(shù)(文字字符識(shí)別,數(shù)字內(nèi)容標(biāo)引,數(shù)字影像處理,農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模文獻(xiàn)數(shù)字化與精細(xì)化管理技術(shù)),互聯(lián)網(wǎng)信息自動(dòng)采集、智能分類以及保存管理技術(shù),知識(shí)倉(cāng)庫(kù)構(gòu)建技術(shù)等;三是應(yīng)用層面。包括科學(xué)數(shù)據(jù)的管理與共享平臺(tái)、開放獲取應(yīng)用研究等。
(2)在知識(shí)組織方面
知識(shí)組織體系是通過(guò)知識(shí)分析、知識(shí)揭示和關(guān)聯(lián)關(guān)系計(jì)算等方式構(gòu)建的,用以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有序組織和高效利用,目的是給科研人員提供更多的知識(shí)發(fā)現(xiàn)途徑。
最近幾年,國(guó)內(nèi)關(guān)于知識(shí)組織方面的研究主要集中在以下領(lǐng)域:一是理論體系層次。包括知識(shí)組織結(jié)構(gòu)體系、本體研究與應(yīng)用等;二是知識(shí)組織技術(shù)。包括敘詞表向本體轉(zhuǎn)化、農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表的網(wǎng)絡(luò)化適應(yīng)性改造、領(lǐng)域本體與科研本體構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)等;三是應(yīng)用層面。包括知識(shí)組織系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息資源集成揭示與導(dǎo)航體系構(gòu)建等。
?。?)在知識(shí)服務(wù)方面
從1999年開始,經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展,知識(shí)服務(wù)的特點(diǎn)、服務(wù)模式、實(shí)施對(duì)策以及方案的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展,當(dāng)前知識(shí)服務(wù)的研究?jī)?nèi)容主要集中在服務(wù)模式以及新技術(shù)應(yīng)用(如本體技術(shù)、知識(shí)挖掘、語(yǔ)義網(wǎng)格、Web2.0相關(guān)技術(shù)等)。
最近幾年,國(guó)內(nèi)關(guān)于知識(shí)服務(wù)方面的研究主要集中在以下領(lǐng)域:一是理論體系層次。包括學(xué)科化服務(wù)、學(xué)科資源評(píng)價(jià)、技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)等;二是技術(shù)方法層面。包括學(xué)科化服務(wù)平臺(tái)建設(shè)、基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法的相關(guān)技術(shù)、元數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)等。
2. 重大成果
大規(guī)模文獻(xiàn)數(shù)字化智能化處理技術(shù)。在農(nóng)業(yè)科技文獻(xiàn)資源數(shù)字化加工過(guò)程中,國(guó)內(nèi)科研人員引入工作流、流程監(jiān)控、精細(xì)化管理等理念與方法,設(shè)計(jì)并研建了“文獻(xiàn)資源數(shù)字化智能加工與精細(xì)化管理技術(shù)平臺(tái)”。該平臺(tái)將數(shù)據(jù)加工規(guī)范、任務(wù)流程管理以及協(xié)同工作環(huán)境等集于一體,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)字化加工全程跟蹤管理、多人協(xié)同加工、質(zhì)量控制以及流程監(jiān)控等。在大規(guī)模中外文引文數(shù)據(jù)加工過(guò)程中,引入智能化的加工處理流程和技術(shù),在深入分析大量引文著錄規(guī)律的基礎(chǔ)上,提出十余種典型的引文著錄類型,設(shè)計(jì)了自動(dòng)批量拆分的工作流程,建立了基于特征詞分類和期刊名稱知識(shí)庫(kù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)批量拆分軟件及配套的質(zhì)檢程序和批量修復(fù)工具,顯著提高了數(shù)據(jù)加工的效率和質(zhì)量,確保引文數(shù)據(jù)每年的加工能力在500萬(wàn)條以上。
多層次農(nóng)業(yè)知識(shí)組織體系建設(shè)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)科研人員與聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)開展廣泛合作,完成了農(nóng)業(yè)多語(yǔ)種敘詞表(AGROVOC)的中英文翻譯任務(wù)、AGROVOC與農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表概念映射(Mapping)等工作,為充分整合利用國(guó)際范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)科技資源奠定了語(yǔ)義資料基礎(chǔ)。采用W3C推薦的本體描述語(yǔ)言RDF、OWL及SKOS等,對(duì)農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表中的6萬(wàn)多個(gè)敘詞及13萬(wàn)多條“用、代、屬、分、參”等詞間語(yǔ)義關(guān)系進(jìn)行不同形式的規(guī)范化描述,并開發(fā)了敘詞表向本體轉(zhuǎn)化的自動(dòng)批量轉(zhuǎn)化工具,構(gòu)建了更適合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開展應(yīng)用的輕量級(jí)農(nóng)業(yè)本體。突出的技術(shù)與成果有:網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表的新發(fā)展、農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表向關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、敘詞向概念轉(zhuǎn)化以及與其他農(nóng)業(yè)知識(shí)組織系統(tǒng)的映射互聯(lián)等。
農(nóng)業(yè)知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)研究進(jìn)展。為了滿足新形勢(shì)下科研用戶的需求,提高對(duì)各專業(yè)研究所一線科研活動(dòng)的信息保障和信息服務(wù)能力,農(nóng)業(yè)領(lǐng)域方面開展了所級(jí)數(shù)字圖書館建設(shè),面向?qū)I(yè)研究所的科研人員、主要學(xué)科、科研團(tuán)隊(duì),通過(guò)對(duì)各類科研資源的組織和信息服務(wù)的整合,構(gòu)建有效支持科研人員進(jìn)行資源搜索、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、知識(shí)管理和知識(shí)創(chuàng)新的學(xué)科化、知識(shí)化服務(wù)平臺(tái)。所級(jí)數(shù)字圖書館是把國(guó)家農(nóng)業(yè)圖書館的資源和服務(wù)送到專業(yè)所、把知識(shí)送到科研人員手中的媒介和有效途徑,是一個(gè)以用戶需求為導(dǎo)向的專業(yè)化、個(gè)性化知識(shí)服務(wù)平臺(tái)。平臺(tái)除了集成原有傳統(tǒng)圖書館服務(wù)外,還重點(diǎn)拓展了“一站式”資源檢索、科研動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、專業(yè)知識(shí)導(dǎo)航、研究所知識(shí)倉(cāng)儲(chǔ)以及用戶需求反饋等功能,同時(shí)建立了學(xué)科組科研信息環(huán)境、個(gè)人學(xué)術(shù)空間等支持團(tuán)隊(duì)和個(gè)人進(jìn)行知識(shí)管理與共享的數(shù)字空間,將知識(shí)服務(wù)融入到用戶科研環(huán)境中。
機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)研究與建設(shè)。目前,中國(guó)香港和臺(tái)灣地區(qū)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)聯(lián)盟發(fā)展較為規(guī)?;?,如臺(tái)灣學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)典藏 ( TAIR: TaiwanAcademic Institutional Repository) 和香港機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)整合系統(tǒng) ( HKIR: Hong Kong Institutional Repositories)。臺(tái)灣學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)典藏是臺(tái)灣大學(xué)圖書館接受臺(tái)灣教育部門委托建設(shè)的臺(tái)灣學(xué)術(shù)成果入口網(wǎng)站,以達(dá)到長(zhǎng)久保存學(xué)術(shù)資源及提供便利使用的目的,也讓臺(tái)灣整體學(xué)術(shù)研究成果產(chǎn)出更容易在國(guó)際上被發(fā)現(xiàn)與使用,進(jìn)而與世界學(xué)術(shù)研究接軌。
我國(guó)大陸地區(qū)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)聯(lián)盟建設(shè)還處于探索試驗(yàn)階段,目前建設(shè)得比較完善的案例主要有中國(guó)科學(xué)院機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)網(wǎng)格、CALIS 機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)以及學(xué)生優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文機(jī)構(gòu)庫(kù) ( Outstanding Academic Papers by Students,簡(jiǎn)稱OAPS) 。調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),中國(guó)農(nóng)科院的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)CAAS-IR建設(shè)采取了“集中揭示、分布部署”的院所兩級(jí)模式。為每個(gè)研究所建立獨(dú)立的所級(jí)IR,承擔(dān)本所知識(shí)資產(chǎn)的收集、管理和服務(wù);院級(jí)IR通過(guò)收割或?qū)胙芯克R(shí)元數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全院知識(shí)資產(chǎn)的集中揭示和展示利用 。
科技熱點(diǎn)及重大事件信息監(jiān)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)。目前,已建立了農(nóng)業(yè)熱點(diǎn)及重大事件信息監(jiān)測(cè)服務(wù)平臺(tái),并在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)科技動(dòng)態(tài)追蹤、轉(zhuǎn)基因生物安全信息監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行了應(yīng)用。針對(duì)食物與營(yíng)養(yǎng)、農(nóng)業(yè)立體污染、節(jié)水農(nóng)業(yè)以及轉(zhuǎn)基因新品種培育等國(guó)家重點(diǎn)領(lǐng)域建立了對(duì)應(yīng)的信息資源門戶網(wǎng)站,為我國(guó)科技工作者提供權(quán)威及時(shí)的信息服務(wù)和資源導(dǎo)航,助力該領(lǐng)域的科技人員及時(shí)了解領(lǐng)域研究熱點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外科研發(fā)展態(tài)勢(shì),提高網(wǎng)絡(luò)信息資源利用效率,形成能夠支撐和保障本領(lǐng)域科研需求的、可靠的科技信息門戶。
移動(dòng)環(huán)境下的微信息服務(wù)。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,越來(lái)越多的圖書館機(jī)構(gòu)開設(shè)微博作為信息發(fā)布的渠道、參考咨詢服務(wù)的平臺(tái)及館員讀者互動(dòng)的空間。國(guó)家農(nóng)業(yè)圖書館微博開通于2011年8月份,由國(guó)家農(nóng)業(yè)圖書館館員負(fù)責(zé)微博信息的發(fā)布與回復(fù)等事項(xiàng)。截止2015年3月6日關(guān)注國(guó)家農(nóng)業(yè)圖書館官方微博的用戶數(shù)5901人,發(fā)布包括農(nóng)業(yè)信息所新聞、網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫(kù)培訓(xùn)通告、涉農(nóng)書評(píng)及相關(guān)博文共計(jì)1664篇。期間響應(yīng)中央一號(hào)文件,借助所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)支持,利用國(guó)家農(nóng)業(yè)圖書館官方微博作為服務(wù)平臺(tái)開始為廣大地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)局、農(nóng)術(shù)推廣站、動(dòng)植物疫病防控站、種植養(yǎng)殖企業(yè)等機(jī)構(gòu)或涉農(nóng)個(gè)人快速提供中文農(nóng)業(yè)實(shí)用技術(shù)文獻(xiàn)查詢和網(wǎng)絡(luò)傳遞服務(wù)。2014年共通過(guò)“國(guó)家農(nóng)業(yè)圖書館官方微博”提供咨詢61次;收到了來(lái)自基層農(nóng)業(yè)機(jī)構(gòu)、農(nóng)村合作社和種植養(yǎng)殖戶等用戶的積極響應(yīng)和 廣泛好評(píng)。
伴隨移動(dòng)媒體時(shí)代的到來(lái),微信作為一種新型的社會(huì)化媒體,成為繼微博之后又一高效的服務(wù)應(yīng)用。2014年11月,為更好的宣傳和推廣圖書館資源與服務(wù),國(guó)家農(nóng)業(yè)圖書館開通了官方微信服務(wù),提供本館介紹、服務(wù)公告、農(nóng)業(yè)學(xué)術(shù)搜索、館藏書刊目錄、電子期刊導(dǎo)航、網(wǎng)上咨詢、教育培訓(xùn)、專題信息等。服務(wù)開通后用戶反響良好,截止目前關(guān)注用戶650人,且還在快速增長(zhǎng)。用戶可通過(guò)在微信軟件中直接搜索“國(guó)家農(nóng)業(yè)圖書館”,或掃描NAIS平臺(tái)首頁(yè)(http://www.nais.net.cn)的二維碼,關(guān)注國(guó)家農(nóng)業(yè)圖書館官方微信。
?。ㄋ模﹦?dòng)物生物技術(shù)
動(dòng)物生物技術(shù)學(xué)科是以動(dòng)物為主要研究對(duì)象,以優(yōu)秀動(dòng)物個(gè)體的高效利用為目標(biāo),以分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)為基礎(chǔ),著眼于全基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和細(xì)胞組學(xué),采用基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程、發(fā)酵工程等手段,對(duì)動(dòng)物特定性狀和產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行改造或提高的相關(guān)生物技術(shù),以此獲得新型生物制品,培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)畜禽品種。本報(bào)告擬對(duì)動(dòng)物基因工程、細(xì)胞工程、動(dòng)物分子評(píng)估技術(shù)、動(dòng)物分子育種技術(shù)四個(gè)熱門方向闡述其研究進(jìn)展和重大成果。
1. 研究進(jìn)展
?。?)動(dòng)物基因工程
目前,動(dòng)物基因工程主要圍繞提高外源基因在受體細(xì)胞中定點(diǎn)整合率、表達(dá)水平,精準(zhǔn)靶向修飾DNA等開展研究,尤其基因編輯技術(shù)日新月異,不斷創(chuàng)新。近年來(lái),ZFN、TALEN、CRISPA/Cas9技術(shù)通過(guò)對(duì)靶序列引入雙鏈斷裂,從而極大地提高特異位點(diǎn)序列的突變頻率以及外源模板存在時(shí)的同源重組效率。2012年,TALEN被科學(xué)(Science )雜志評(píng)為十大科學(xué)突破之一。2013 年,美國(guó)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室在《Science》雜志發(fā)表了基于 CRISPR/Cas9 技術(shù)在細(xì)胞系中進(jìn)行基因敲除的新方法。CRISPR/Cas9是目前最熱門的基因組編輯工具,2014年以來(lái),國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究小組聚焦這一領(lǐng)域,在《Science》、《Nature》和《Cell》等雜志上發(fā)表多項(xiàng)重要成果,而生物技術(shù)公司也迅速推出相關(guān)產(chǎn)品。
?。?)細(xì)胞生物工程
2001年,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)在唐山蘆臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)成立了中國(guó)第一個(gè)體細(xì)胞克隆牛胚胎移植中心,次年4月,中國(guó)第一頭地方優(yōu)質(zhì)奶牛也在蘆臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)誕生,并于2004年利用胚胎移植技術(shù)成功培育出具有世界最新藥物蛋白基因的2頭克隆奶牛。中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所、云南中科胚胎工程中心和西藏自治區(qū)共同合作于2006年6月利用胚胎移植技術(shù)成功獲得了4頭小牦牛崽,同時(shí)技術(shù)人員成功導(dǎo)入了野生牦牛的遺傳基因。新疆分別實(shí)現(xiàn)了牛、羊、的胚胎移植試驗(yàn),走在全國(guó)胚胎移植方向的前列。在2004年6月,新疆天山馬鹿種源保護(hù)與繁育基地利用胚胎移植繁育馬鹿,成功產(chǎn)下7頭活體。2007年7月全國(guó)著名胚胎移植專家、新疆農(nóng)牧科學(xué)院畜牧研究所所長(zhǎng)陳靜波主持的課題組成功獲得了全國(guó)首例驢胚胎移植成果,成功產(chǎn)下一頭胚胎移植的策勒驢。
?。?)動(dòng)物分子評(píng)估
目前,動(dòng)物分子評(píng)估技術(shù)普遍采用SNP芯片、基因組重測(cè)序、簡(jiǎn)化基因組測(cè)序等技術(shù)獲得基因組范圍內(nèi)的單核苷酸變異(SNVs)和其他基因組結(jié)構(gòu)變異(SVs),用來(lái)分析群體遺傳結(jié)構(gòu)、鑒定系統(tǒng)分類、挖掘基因功能等。2005年Science雜志首次報(bào)道利用全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)鑒定了年齡相關(guān)視網(wǎng)膜黃斑變性結(jié)果,隨后一大批有關(guān)復(fù)雜疾病的GWAS報(bào)道不斷出現(xiàn),隨著不同基因組測(cè)序的相繼完成以及高通量測(cè)序技術(shù)平臺(tái)的搭建,GWAS也開始在畜禽疾病性狀和數(shù)量性狀基因鑒定方面發(fā)揮重要的作用。國(guó)家863計(jì)劃課題“基于高密度SNP芯片的牛、豬基因組選擇技術(shù)研究”以杜洛克種豬和荷斯坦奶牛為研究對(duì)象,采用全基因組SNP芯片對(duì)豬、?;蚪M進(jìn)行分子育種值估計(jì),更準(zhǔn)確地對(duì)種用家畜進(jìn)行早期選種,開始了我國(guó)的家畜全基因組分子評(píng)估的研究及應(yīng)用。
?。?)動(dòng)物分子育種技術(shù)
全基因組選擇。基因組選擇是基于對(duì)畜禽GEBV的選擇,因此GEBV評(píng)估的可靠性是實(shí)施基因組選擇的關(guān)鍵。目前的發(fā)展動(dòng)態(tài)集中在以下4個(gè)方面:基因組選擇模型的發(fā)展、參考群體的擴(kuò)大和聯(lián)合、基因組選擇應(yīng)用于雜交群體以及高密度SNP芯片的開發(fā)和使用。
基因組編輯技術(shù)。2014年趙宇航等利用鋅指核酸酶技術(shù)對(duì)牛成纖維細(xì)胞Myostatin基因進(jìn)行了定點(diǎn)敲除。2014年唐成程利用TALEN技術(shù)獲得了敲除albumin基因的陽(yáng)性豬。在此之后又相繼獲得了含HbgAg乙型肝炎表面抗原基因的轉(zhuǎn)基因兔、含EPO基因和人乙型肝炎表面抗原基因2種乳腺特異性表達(dá)的轉(zhuǎn)基因山羊、含“生物鋼”蛋白基因的轉(zhuǎn)基因老鼠等各種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。
轉(zhuǎn)基因育種。我國(guó)科研人員已經(jīng)成功培育出轉(zhuǎn)基因豬、牛、羊、雞等重要家禽家畜新品種和家蠶、兔子、水貂等經(jīng)濟(jì)動(dòng)物。目前轉(zhuǎn)基因育種的研究主要集中在體高動(dòng)物的生長(zhǎng)率、提高動(dòng)物產(chǎn)毛性能和品質(zhì)、提高抗病性、改善肉質(zhì)和奶質(zhì)等幾個(gè)方面。
2. 重大成果
?。?)高通量測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用深入解析動(dòng)物結(jié)構(gòu)基因組。
一是我國(guó)利用二代Illumina HiSeq2000測(cè)序平臺(tái),對(duì)金絲猴進(jìn)行全基因組重測(cè)序。通過(guò)比較基因組學(xué),結(jié)合功能實(shí)驗(yàn)和宏基因組分析,揭示了靈長(zhǎng)類植食性適應(yīng)的分子機(jī)制,并闡明了金絲猴屬的起源和演化歷史。研究結(jié)果于2014年11月2日以封面文章在Nature Genetics上發(fā)表。
二是中國(guó)聯(lián)合其他國(guó)際研究組通過(guò)綿羊與其它哺乳動(dòng)物的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行比較,解釋了綿羊特殊消化系統(tǒng)及綿羊獨(dú)特脂肪代謝過(guò)程,定位了維持其厚實(shí)、毛茸茸的皮毛性狀基因。相關(guān)文章發(fā)表于 2014年6月6日的《Science》雜志上。
三是中國(guó)科學(xué)家通過(guò)比較北極熊和棕熊的基因組,揭示出北極熊是比以前認(rèn)為的要更年輕的一個(gè)物種。分析結(jié)果還揭示出了與北極熊能夠極端適應(yīng)北極地區(qū)生活相關(guān)的幾個(gè)基因。相關(guān)研究結(jié)果被選作封面故事發(fā)表在2014年5月8日的《細(xì)胞》(Cell)雜志上。
四是中國(guó)聯(lián)合美國(guó)研究人員共同完成構(gòu)建了覆蓋我國(guó)24個(gè)省市自治區(qū)現(xiàn)有68個(gè)豬種的中國(guó)地方豬種基因組DNA庫(kù),發(fā)現(xiàn)了中國(guó)北方豬單倍型很可能來(lái)自另一個(gè)已經(jīng)滅絕的豬屬(Suide)。這是首次在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)古老屬間雜交導(dǎo)致適應(yīng)性進(jìn)化的遺傳學(xué)證據(jù)。該研究2015年1月26日發(fā)表于Nature Genetics雜志上。
五是中國(guó)科學(xué)家對(duì)藏獒、藏狗及低海拔犬種進(jìn)行全基因組測(cè)序,并結(jié)合中國(guó)土狗和灰狼的群體SNP數(shù)據(jù),挖掘到藏獒基因組中高度分化的區(qū)域,發(fā)現(xiàn)了EPAS1、HBB16 等低氧選擇基因。這些研究結(jié)果發(fā)表在Molecular Biology and Evolution(2014年2月)和Genome Research(2014年8月)雜志上。
六是中國(guó)學(xué)者測(cè)定了蒙古馬和普氏野馬的全基因組,確認(rèn)了蒙古馬和普氏野馬間的一次染色體羅伯遜易位事件,并且發(fā)現(xiàn)羅伯遜易位并沒(méi)有導(dǎo)致染色體更多的局部重排。研究還發(fā)現(xiàn)了兩種重復(fù)序列對(duì)基因組的不穩(wěn)定性有著強(qiáng)烈的影響。該成果于2014年5月14日發(fā)表在Scientific Reports雜志上。
七是中國(guó)學(xué)者在古代動(dòng)物遺傳評(píng)估上也取得重要進(jìn)展,成功獲取了世界上最古老的雞骨遺骸線粒體DNA序列,證明了生活在一萬(wàn)年前中國(guó)北方地區(qū)的家雞原始群體是現(xiàn)代家雞的祖先群體之一,該研究2014年12月9日以封面文章發(fā)表在PNAS雜志上。
?。?)基因表達(dá)技術(shù)的發(fā)展推進(jìn)了遺傳修飾動(dòng)物培育
基因組編輯技術(shù)的快速發(fā)展。2013年6月上海市調(diào)控生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、華東師范大學(xué)生科院生命醫(yī)學(xué)研究所劉明耀教授和李大力副教授課題組在《Nucleic Acids Research》發(fā)表了關(guān)于轉(zhuǎn)錄激活樣效應(yīng)因子核酸酶(TALEN)的技術(shù)論文,成為世界上最早利用該技術(shù)構(gòu)建基因敲除小鼠的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之一。
2014 年,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)連正興課題組獲得世界上首例利用CRISPR/Cas9技術(shù)打靶基因的綿羊,建立了定點(diǎn)編輯Myostatin基因的綿羊模型,從而實(shí)現(xiàn)了將CRISPR/Cas9應(yīng)用于綿羊生產(chǎn)性狀和抗病性狀的研究提供參考和依據(jù)。南京大學(xué)模式動(dòng)物研究所的黃行許博士于2014年12月成功利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)在孿生食蟹猴中介導(dǎo)了精確的基因打靶修飾。該成果進(jìn)一步證實(shí)了利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)在猴子中實(shí)現(xiàn)基因編輯的可行性。2015年3月西北農(nóng)林科技大學(xué)通過(guò)TALEN技術(shù)獲得了抗結(jié)核的轉(zhuǎn)基因牛。2015年4月吉林大學(xué)教授賴良學(xué)博士的研究團(tuán)隊(duì)利用最新的CRISPR/Cas9技術(shù)成功地培育出兩種基因敲除克隆小型豬,建立了人類白化病和帕金森綜合征兩種豬模型。
轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的高效制備。2014 年,Hai等通過(guò)原核注射技術(shù),首次利用 CRISPR/Cas9 系統(tǒng)得到了 vWF 基因敲除豬,證明了CRISPR/Cas9 技術(shù)在大動(dòng)物中的可應(yīng)用性。同年,世界上第一個(gè)利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術(shù)培育出的轉(zhuǎn)基因羊也誕生了。
在高品質(zhì)轉(zhuǎn)基因奶牛制備方面,中國(guó)已建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國(guó)際先進(jìn)水平的轉(zhuǎn)基因奶牛生產(chǎn)和擴(kuò)繁技術(shù)平臺(tái),獲得原代轉(zhuǎn)基因奶牛60多頭,第二代轉(zhuǎn)基因公牛24頭,第三代轉(zhuǎn)基因奶牛200多頭。
?。?)生物傳感器的研發(fā)和應(yīng)用
在過(guò)去的十年里各種不同光譜的熒光蛋白不斷地被發(fā)現(xiàn),受到啟發(fā)的研究人員一直期待著開發(fā)出一種工具能夠?qū)ι锕δ苓M(jìn)行直接的顯像研究。除了最常見的利用熒光蛋白成像觀測(cè)基因表達(dá)和蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài),現(xiàn)在科學(xué)家們又利用熒光蛋白生成了生物傳感器,可用于檢測(cè)離子和小分子濃度、酶活性、蛋白質(zhì)翻譯后修飾及蛋白構(gòu)象改變。
?。ㄎ澹┲参锷锛夹g(shù)
植物生物技術(shù)學(xué)科是一門在植物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)學(xué)科,主要目標(biāo)是應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)改良植物遺傳性狀、培育植物新品種和生產(chǎn)生物新產(chǎn)品。近年來(lái),為了應(yīng)對(duì)全球產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和貿(mào)易全球化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的影響,國(guó)家加大了對(duì)植物生物技術(shù)的投入,實(shí)施了國(guó)家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大科技專項(xiàng),在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)發(fā)展計(jì)劃和國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃中部署了植物生物技術(shù)研究?jī)?nèi)容,使植物生物技術(shù)學(xué)科在基礎(chǔ)理論、技術(shù)手段、安全管理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面均取得了顯著成就。
1. 研究進(jìn)展
(1)植物細(xì)胞工程
脫毒及快速繁殖。目前國(guó)內(nèi)主要是跟隨、消化、局部創(chuàng)新國(guó)外新技術(shù)并引進(jìn)新物種擴(kuò)大植物脫毒快繁種類等,而國(guó)外在研究成功無(wú)土栽培、氣霧栽培、光自養(yǎng)微繁技術(shù)(無(wú)糖組培技術(shù))、快繁生物反應(yīng)器、人工種子、廣譜抑菌劑、LED新光源等新技術(shù),同時(shí)逐漸進(jìn)入自動(dòng)化規(guī)?;a(chǎn)水平。
育種研究。重要經(jīng)濟(jì)植物的體細(xì)胞雜交目前較多選用近緣種內(nèi)或種間以及較近緣屬組合,主要是供體-受體式不對(duì)稱融合。體細(xì)胞無(wú)性系變異通常用于單一或少數(shù)性狀的變異,適合綜合性狀良好,但個(gè)別性狀需要改良的品種。
藥物及其它生物制劑的工業(yè)化生產(chǎn)。利用細(xì)胞懸浮培養(yǎng)、固定化細(xì)胞培養(yǎng)、毛狀根培養(yǎng)和生物反應(yīng)器等大批量培養(yǎng)組織、細(xì)胞,可以實(shí)現(xiàn)藥用植物等來(lái)源生物產(chǎn)品(次生代謝產(chǎn)物、藥物等)的規(guī)?;a(chǎn)。
?。?)植物染色體工程
倍性育種。西瓜多倍體的利用是以四倍體和三倍體為主。香蕉、葡萄、毛白楊等植物的三倍體品種均已大面積推廣種植。我國(guó)在利用玉米單倍體育種技術(shù)上起步較晚,已經(jīng)選育出了一些玉米自交系/雜交種,如川單15、正紅211、農(nóng)大高誘1號(hào)等。
染色體代換系和滲入系。植物的染色體片段代換系和片段滲入系主要應(yīng)用于基因定位、基因功能和育種利用研究方面。如:利用水稻染色體代換系進(jìn)行耐冷QTL定位、抽穗期QTL定位、柱頭長(zhǎng)度控制基因定位等,普通小麥-長(zhǎng)穗偃麥草異代換系抗白粉病種質(zhì)培育、小麥–華山新麥草異代換系的鑒定,利用玉米片段代換系進(jìn)行花期、株型相關(guān)的QTL定位,利用大豆片段代換系進(jìn)行抗黑莢果病基因定位。
(3)植物基因工程
植物表達(dá)載體。傳統(tǒng)的載體系統(tǒng)涉及一個(gè)或幾個(gè)基因,現(xiàn)階段常用的植物表達(dá)載體有pBI121、CAMBIA系列載體、利用Gate-way技術(shù)的系列載體、位點(diǎn)特異性重組(如Cre /lox、FLP/FRT、R/RS等)載體,以及整合幾個(gè)技術(shù)或幾類質(zhì)粒優(yōu)點(diǎn)的載體,它們能基本滿足當(dāng)前基因工程研究的需求。
植物基因規(guī)?;D(zhuǎn)化技術(shù)平臺(tái)。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法已經(jīng)成為植物基因轉(zhuǎn)化的主流方法。Ozawa等(2012)通過(guò)改變愈傷組織與農(nóng)桿菌的共培養(yǎng)方式等條件,可使測(cè)試的4個(gè)水稻品種的轉(zhuǎn)化效率最高達(dá)90%,最終總結(jié)出適于多數(shù)水稻品種的高效農(nóng)桿菌遺傳轉(zhuǎn)化體系;張欣等(2014)建立的水稻規(guī)?;D(zhuǎn)基因技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率常年穩(wěn)定在40%-60%,轉(zhuǎn)化周期從傳統(tǒng)的5-6個(gè)月縮短到2.5-3個(gè)月。葉興國(guó)等(2014)建立了小麥規(guī)?;D(zhuǎn)基因技術(shù)體系,轉(zhuǎn)化效率為2%-4%。我國(guó)最近建立了玉米規(guī)?;D(zhuǎn)基因技術(shù)體系,以玉米雜交種HiII幼胚為受體的農(nóng)桿菌介導(dǎo)的玉米遺傳轉(zhuǎn)化率約5%,以玉米自交系綜31 幼胚為受體的遺傳轉(zhuǎn)化效率為2%-3%。劉傳亮等(2014)建立了以中棉所24為受體的農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化體系,總體轉(zhuǎn)化率5%以上。大北農(nóng)生物技術(shù)中心目前已基本實(shí)現(xiàn)了大豆批量轉(zhuǎn)化,農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化效率為5%-8%,能基本滿足了產(chǎn)業(yè)化需求。
(3)植物基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)
ZFN系統(tǒng)。2005年ZFN技術(shù)開始在植物上應(yīng)用。Cai等(2009)用ZFN在煙草內(nèi)源基因上精確插入報(bào)告基因。Zhang等(2010)用CoDA方法構(gòu)建ZFN敲除擬南芥內(nèi)源基因。de Pater等(2013)用ZFN介導(dǎo)的雙鏈斷裂-同源靶向修復(fù)對(duì)擬南芥原卟啉原氧化酶基因進(jìn)行了編輯。
TALEN系統(tǒng)。TALE核酸酶的可用靶位點(diǎn)更廣泛,應(yīng)用和發(fā)展更迅速。2012 年,TALE核酸酶被Science 雜志評(píng)為當(dāng)年的十大科技突破之一。Li等(2012)用TALEN技術(shù)敲除水稻的感病基因Os11N3,提高水稻抗病性。Zhang等(2013)用TALEN轉(zhuǎn)化煙草原生質(zhì)體,基因同源重組效率達(dá)4%。Shan等(2013)用Golden Gate法構(gòu)建TALEN高效敲除了一系列短柄草和水稻中的基因。
CRISPR/Cas9系統(tǒng)。CRISPR/Cas9系統(tǒng)建立之后,很快在在煙草和擬南芥、水稻、高粱、地錢、甜橙、番茄、大豆等植物上取得成功。與基因打靶、ZFN和TALEN等基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)相比,CRISPR/Cas9技術(shù)簡(jiǎn)單、高效,也不失精準(zhǔn),具有很大發(fā)展前途。
?。?)植物分子標(biāo)記技術(shù)
主要作物的遺傳連鎖圖譜是基于第一代分子標(biāo)記建立的,因而以RFLP為代表的第一代標(biāo)記仍然具有參考價(jià)值,但基因定位、標(biāo)記輔助選擇實(shí)踐中一般先把它轉(zhuǎn)化為第二代標(biāo)記(如STS標(biāo)記)再進(jìn)行利用。以SSR標(biāo)記為代表的第二代分子標(biāo)記正在基因組作圖、基因定位、親緣關(guān)系鑒定、系統(tǒng)分類、分子標(biāo)記輔助選擇育種等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。但隨著高通量測(cè)序成本和檢測(cè)儀器價(jià)格的下降,以及更多植物全基因組被解析,以SNP為代表的第三代分子標(biāo)記技術(shù)將發(fā)揮更大作用。
2. 重大成果
植物細(xì)胞工程。植物細(xì)胞工程理論、技術(shù)已經(jīng)趨于成熟、完善,在脫毒快繁、細(xì)胞大批量培養(yǎng)等方面產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)定,但在原來(lái)相對(duì)落后的花卉產(chǎn)業(yè)近幾年獲得了一些階段性成果。
植物染色體工程。一是小麥染色體組的起源。2014年國(guó)際小麥基因組測(cè)序聯(lián)盟基于分離染色體臂測(cè)序發(fā)表了小麥的全基因組草圖;Marcussen等在小麥和多個(gè)小麥近緣種(其中A、D基因組由中國(guó)研究組于2013年完成)全基因組草圖基礎(chǔ)上,進(jìn)行基因組水平多基因樹分析,提出了A、B染色體組7百萬(wàn)年前分支,1-2百萬(wàn)年后A、B染色體組同倍雜交形成D染色體組,不早于0.82百萬(wàn)年雜交形成AABB,0.43百萬(wàn)年雜交形成小麥(AABBDD)的小麥起源新學(xué)說(shuō)。二是植物的基因組測(cè)序。2012年中國(guó)完成小米基因組草圖。2012年8國(guó)聯(lián)合完成了雷蒙德氏棉全基因組測(cè)序,此后,中國(guó)相繼完成了二倍體棉屬植物木本棉的基因組測(cè)序(2014)、四倍體陸地棉基因組測(cè)序(2015)。2013年中國(guó)完成西瓜全基因測(cè)序工作,歐洲構(gòu)建了甜菜的參考基因組,中國(guó)完成小麥A基因組祖先烏拉爾圖小麥的基因組序列草圖,中外合作完成短藥野生稻基因組測(cè)序。2014年中國(guó)完成了棗基因組測(cè)序工作,中國(guó)發(fā)布了蝴蝶蘭全基因組圖譜,幾個(gè)中外研究組相繼公布了辣椒的全基因組序列圖。2015年中國(guó)完成了青稞全基因組草圖。
植物基因工程。一是青蒿素的高效生產(chǎn)。在青蒿中超表達(dá)IPI基因后青蒿素的量較對(duì)照提高30%~70%,將青蒿FPS基因超表達(dá)后青蒿素量較對(duì)照提高了34.4%,超表達(dá)腺毛體特異表達(dá)的細(xì)胞色素P450 蛋白及其伴體蛋白的基因后青蒿素的量較對(duì)照提高2.4倍,過(guò)表達(dá)HDR和ADS基因后青蒿素的量較對(duì)照提高2.48倍,過(guò)表達(dá)DBR2基因后青蒿素的量最高可達(dá)對(duì)照的9.06倍。二是水稻生產(chǎn)白蛋白。楊代常等(2011)利用轉(zhuǎn)基因水稻種子生產(chǎn)的重組人血清白蛋白在生理生化性質(zhì)、物理結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能、免疫原性與血漿來(lái)源的人血清白蛋白一致,并建立了大規(guī)模生產(chǎn)重組人血清白蛋白的生產(chǎn)工藝,獲得了高純度和高產(chǎn)量重組人血清白蛋白產(chǎn)品,證明利用轉(zhuǎn)基因水稻種子取代現(xiàn)有基于發(fā)酵的表達(dá)技術(shù)來(lái)生產(chǎn)重組蛋白質(zhì)是經(jīng)濟(jì)有效的。該項(xiàng)目獲得2013年國(guó)家發(fā)明二等獎(jiǎng)。
植物基因組定點(diǎn)編輯技術(shù)?;蚪M定點(diǎn)編輯技術(shù)的重大進(jìn)展和標(biāo)志成果是CRISPR/Cas9技術(shù)。2012年問(wèn)世以來(lái),其研發(fā)和應(yīng)用迅速成為生物學(xué)研究熱點(diǎn),如:高彩霞等(2014)采用CRISPR-Cas技術(shù)定點(diǎn)編輯了水稻和小麥兩個(gè)作物的OsPDS、TaMLO等5個(gè)基因,獲得了抗病性提高的水稻及小麥新株系。
植物分子標(biāo)記技術(shù)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)研究項(xiàng)目“水稻秈粳雜種優(yōu)勢(shì)利用相關(guān)基因挖掘與新品種培育”通過(guò)20年的系統(tǒng)研究,發(fā)掘出水稻廣親和、早熟和顯性矮稈基因,開發(fā)相應(yīng)分子標(biāo)記和育種技術(shù),成功培育秈粳交高產(chǎn)水稻新品種,榮獲2014年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)在發(fā)掘17個(gè)不育位點(diǎn)及廣親和基因基礎(chǔ)上開發(fā)相應(yīng)分子標(biāo)記,聚合廣親和基因創(chuàng)制廣親和恢復(fù)系和粳型親秈不育系,解決了秈粳雜種半不育難題;在發(fā)掘早熟基因基礎(chǔ)上提出基于感光基因型和光鈍感基因的分子設(shè)計(jì)方法,解決了秈粳雜種超親晚熟問(wèn)題;在發(fā)掘顯性矮稈及株型關(guān)鍵基因基礎(chǔ)上,開發(fā)相應(yīng)分子標(biāo)記,為培育秈粳交理想株型奠定基礎(chǔ)。北京市農(nóng)林科學(xué)院許勇團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新了西瓜分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)體系,解決了我國(guó)西瓜育種優(yōu)異性狀來(lái)源少和遺傳基礎(chǔ)狹窄的難題,選育出優(yōu)勢(shì)突出、綜合性狀領(lǐng)先的“京欣”系列西瓜品種,該成果2014年獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
?。┪⑸锷锛夹g(shù)
近年來(lái),生物技術(shù)已經(jīng)拓展成包含了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)等多學(xué)科相互滲透的綜合性學(xué)科。在農(nóng)業(yè)微生物方面,生物技術(shù)主要涉及微生物在食品、飼料、獸藥、肥料、農(nóng)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用,按照生物技術(shù)的定義,任何一種農(nóng)業(yè)有益微生物的利用皆為生物技術(shù)的一種體現(xiàn)。由此可以看出,農(nóng)業(yè)微生物生物技術(shù)也就是農(nóng)業(yè)有益微生物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,此外還包含使其他農(nóng)業(yè)微生物通過(guò)生物技術(shù)改造向有益微生物轉(zhuǎn)化的過(guò)程。
1. 研究進(jìn)展
隨著研究的不斷深入,在農(nóng)業(yè)微生物生物技術(shù)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出新的理論、方法、觀點(diǎn)、技術(shù)、成果,為農(nóng)業(yè)科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐注入新的活力,同時(shí)也出現(xiàn)了新的趨勢(shì)。
?。?)微生物生物技術(shù)在肥料方面的進(jìn)展
近兩年來(lái),關(guān)于微生物肥料的研究主要集中在植物促生微生物的篩選及效果評(píng)價(jià)尤其以植物根際促生細(xì)菌(plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)最為廣泛,目前的研究主要集中在三個(gè)方面:是否改善作物生長(zhǎng)狀況和品質(zhì)、微生物肥料介導(dǎo)的污染土壤的植物修復(fù)以及植物病原體的拮抗劑。
?。?)微生物生物技術(shù)在飼料相關(guān)研究的動(dòng)態(tài)
近兩年來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)于微生物飼料的研究主要還是集中在微生物飼料添加劑、飼用酶制劑以及微生物提取物。由于抗生素作為飼料添加劑帶來(lái)的種種問(wèn)題如:抗生素殘留問(wèn)題和對(duì)抗生素產(chǎn)生抗性的病原菌問(wèn)題等,使得目前世界范圍內(nèi)對(duì)抗生素添加劑陸續(xù)禁止,因此微生物飼料添加劑作為抗生素替代物成為了現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn);而飼用酶制劑也是近幾年才陸續(xù)被人們認(rèn)識(shí)到可以很好的促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的物質(zhì),其主要研究焦點(diǎn)是在其耐熱、耐酸等性質(zhì)上的改進(jìn),目前在該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)的研究水平處于世界一流水平;近兩年關(guān)于微生物提取物的研究主要集中在其在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中如何改造更好的工程菌等。
(3)微生物生物技術(shù)在生物農(nóng)藥方面的研究進(jìn)展
廣義的微生物農(nóng)藥包括活體微生物農(nóng)藥和農(nóng)用抗生素。而狹義的微生物農(nóng)藥專指活體微生物農(nóng)藥,根據(jù)用途和防治對(duì)象不同,微生物農(nóng)藥主要包括微生物殺蟲劑、微生物殺菌劑,除草劑等,近兩年關(guān)于微生物生物技術(shù)在生物農(nóng)藥方面的研究主要集中在用作微生物殺蟲劑和真菌殺蟲劑領(lǐng)域。
2. 重大成果
微生物中發(fā)現(xiàn)對(duì)糖尿病有效成分。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所呂加平研究員團(tuán)隊(duì)對(duì)酵母源葡萄糖耐量因子(GTF)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)解析以及功能評(píng)價(jià),確證從GTF高產(chǎn)酵母中分離獲得了兩種含鉻物質(zhì),其中GTF為小分子含鉻物質(zhì),并通過(guò)紅外光譜、質(zhì)譜等技術(shù)對(duì)GTF進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析。Ⅱ型糖尿病模型鼠試驗(yàn)表明:GTF酵母菌粉可顯著降低糖尿病小鼠總膽固醇和甘油三酯含量,高劑量的GTF酵母可顯著降低糖化血紅蛋白;對(duì)胰腺組織和β細(xì)胞有一定保護(hù)作用。本項(xiàng)成果為酵母源GTF作為補(bǔ)鉻營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑及保健食品配料的深度開發(fā)提供了重要理論依據(jù)。
建立完善飼用酶制劑研究生產(chǎn)體系。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所姚斌研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)酵母及芽胞桿菌高效表達(dá)機(jī)制的生物學(xué)基礎(chǔ)研究,發(fā)現(xiàn)了一批新的表達(dá)因子及它們的作用機(jī)理和功能,并在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建、完善了飼料用酶高效表達(dá)技術(shù)體系,保障了飼料用酶的規(guī)模化廉價(jià)生產(chǎn),最終突破了一系列飼料用酶研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。該團(tuán)隊(duì)所從事的多種飼料用酶的開發(fā)工作始終保持國(guó)際領(lǐng)先地位,其創(chuàng)制的4種主要非淀粉多糖酶—木聚糖酶、葡聚糖酶、甘露聚糖酶和α-半乳糖苷酶,均具有優(yōu)良的性能和低廉的生產(chǎn)成本。該項(xiàng)成果榮獲2014年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
酵母多糖微量元素多功能生物制劑研究。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所完成了對(duì)“酵母多糖微量元素多功能生物制劑研究”,采用微波誘變,篩選出既富含鋅、鐵微量元素,又高產(chǎn)多糖的遺傳性狀穩(wěn)定的新酵母菌株,并獲得1項(xiàng)專利。研制出集酵母多糖和微量元素鋅、鐵的生理功能于一體的高效、低毒多功能復(fù)合型生物制劑。該研究成果達(dá)到同類研究國(guó)際先進(jìn)水平。
秸稈無(wú)害還田技術(shù)取得進(jìn)展。中國(guó)農(nóng)科院油料所的研究團(tuán)隊(duì)從油菜根際土壤中分離出了十多種微生物菌株,從中篩選出兩株特異功能微生物,分別是能高效腐解油菜秸稈的哈茨木霉菌和高效腐解菌核的棘孢曲霉。該復(fù)合菌劑便由這兩種微生物組成,其可使油菜秸稈腐解率提高23.9%,菌核腐菌核腐解率提高38.1%,提高土壤理化及生物性狀,使后茬水稻產(chǎn)量提高3.0%,下季油菜菌核病病情指數(shù)下降16.8,菜籽增產(chǎn)5.0%。目前該微生物菌劑已大面積示范推廣。
真菌殺蟲劑致病機(jī)制研究與改良取得重要進(jìn)展。浙江大學(xué)方衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)從一個(gè)T-DNA隨機(jī)插入突變體庫(kù)中,發(fā)現(xiàn)了一個(gè)羅伯茨綠僵菌的致病突變體,其中甾醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因Mr-npc2a被破壞。Mr-NPC2a的作用是幫助真菌在昆蟲血腔內(nèi)保持細(xì)胞膜的完整性。生物信息學(xué)分析表明,綠僵菌在進(jìn)化過(guò)程中通過(guò)基因水平轉(zhuǎn)移從寄主昆蟲中獲得了Mr-npc2a。該研究用實(shí)驗(yàn)證明了基因水平轉(zhuǎn)移推動(dòng)了病原真菌的毒力進(jìn)化,豐富了真菌毒力進(jìn)化理論。研究成果已經(jīng)發(fā)表于PLos Pathogens(Zhao H et al., 2014)。
Bt微膠囊制劑理論研究重要進(jìn)展。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了控制細(xì)胞壁水解的關(guān)鍵基因cwlB,該基因的缺失導(dǎo)致Bt母細(xì)胞不能裂解,這為進(jìn)一步研究開發(fā)抗紫外Bt微膠囊制劑奠定了基礎(chǔ)(Yang et al. 2013)。該團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了Bt sigK缺失突變株,該突變株芽胞發(fā)育與細(xì)胞裂解受到影響,進(jìn)一步篩選了可以在該突變體中表達(dá)基因的Bt啟動(dòng)子,并表達(dá)了Cry1Ba基因,不裂解的細(xì)胞壁包裹殺蟲蛋白形成了微膠囊,進(jìn)一步測(cè)試結(jié)果顯示該微膠囊形式的蛋白可以顯著抵抗紫外線對(duì)殺蟲蛋白的滅活作用(Zhou et al. 2014)。
微生物農(nóng)藥、肥料持效性理論研究重要進(jìn)展。微生物農(nóng)藥、肥料在植物根際形成生物被膜是其能否長(zhǎng)期定殖、有效的重要因素。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)植物本身的遺傳、代謝特性與此密切相關(guān),為進(jìn)一步作物評(píng)價(jià)提供新的指標(biāo)。美國(guó)哈佛大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研究表明定植于擬南芥的枯草芽胞桿菌形成與否是由特定的植物多糖介導(dǎo)的。這些多糖作為生物被膜的信號(hào)因子通過(guò)激酶控制磷酸化的調(diào)節(jié)因子spo0A來(lái)轉(zhuǎn)換。除此之外,植物多糖作為糖的來(lái)源來(lái)供給生物被膜的形成,該研究成果為由植物介導(dǎo)的枯草芽胞桿菌生物被膜的形成研究提供了證據(jù)(Beauregard et al. 2013)。
?。ㄆ撸┳魑镞z傳育種
作物遺傳育種是當(dāng)代農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展的前沿學(xué)科之一,是基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)研究的核心和重要組成部分。作物遺傳育種是研究運(yùn)用遺傳變異規(guī)律,能動(dòng)地進(jìn)行作物遺傳改進(jìn),促進(jìn)生產(chǎn)穩(wěn)定增長(zhǎng),提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要理論和技術(shù)基礎(chǔ),加強(qiáng)作物遺傳育種研究可推動(dòng)農(nóng)業(yè)向高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的方向發(fā)展。在作物遺傳育種研究的發(fā)展過(guò)程中,由于優(yōu)異作物遺傳資源的開發(fā)利用,多種遺傳改良途徑的開拓和技術(shù)革新,以生物技術(shù)為主體的高新技術(shù)的應(yīng)用,育種基礎(chǔ)理論和應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究的不斷深入,顯著提高了作物育種的效率和水平,也不斷推動(dòng)了作物遺傳育種學(xué)科的發(fā)展。
1. 研究進(jìn)展
?。?)基礎(chǔ)研究穩(wěn)步推進(jìn)
隨著越來(lái)越多的植物基因組序列測(cè)定工作的相繼完成,基因組學(xué)的研究由以大規(guī)模測(cè)序?yàn)榇淼慕Y(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究正在向以功能鑒定為主的功能基因組學(xué)研究轉(zhuǎn)移。農(nóng)作物育種思想也從傳統(tǒng)雜交育種轉(zhuǎn)變到分子育種及分子與傳統(tǒng)相結(jié)合的育種。繼我國(guó)科學(xué)家完成秈稻、黃瓜、馬鈴薯、家蠶、聯(lián)合固氮斯氏假單胞菌全基因組測(cè)序后,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所張秀榮研究員領(lǐng)銜的芝麻與特色油料遺傳育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院合作,在國(guó)際上率先完成了芝麻高密度單倍型圖譜構(gòu)建和主要農(nóng)藝性狀大規(guī)模的全基因組關(guān)聯(lián)分析,發(fā)掘了一批關(guān)聯(lián)位點(diǎn)和候選基因。相關(guān)研究成果于2015年10月19日在線發(fā)表在國(guó)際知名期刊《自然通訊(Nature Communications)》雜志上。該團(tuán)隊(duì)在前期完成芝麻基因組測(cè)序的基礎(chǔ)上,篩選來(lái)自世界29個(gè)國(guó)家的芝麻資源705份進(jìn)行了全基因組測(cè)序,發(fā)掘500多萬(wàn)個(gè)核苷酸變異(SNP),構(gòu)建了高密度芝麻單倍型圖譜。對(duì)世界芝麻資源的遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)芝麻資源分化為南方和北方兩個(gè)生態(tài)類型。對(duì)油脂和產(chǎn)量相關(guān)的56個(gè)重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了全基因關(guān)聯(lián)分析,獲得關(guān)聯(lián)位點(diǎn)549個(gè),候選基因46個(gè)。
?。?)現(xiàn)代生物技術(shù)育種創(chuàng)新體系
2015年,中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所薛勇彪團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)代生物技術(shù)育種創(chuàng)新體系領(lǐng)域研究方面開啟了新篇章。他們主持的“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)以水稻為主,小麥、鯉等為輔,利用野生種、農(nóng)家品種和主栽(養(yǎng))優(yōu)良品種等種質(zhì)資源,綜合運(yùn)用基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、合成生物學(xué)等手段,解析高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效等重要農(nóng)藝(經(jīng)濟(jì))性狀的分子模塊,揭示水稻復(fù)雜性狀全基因組編碼規(guī)律,發(fā)展多模塊非線性耦合理論和“全基因組導(dǎo)航”分子模塊設(shè)計(jì)育種技術(shù),優(yōu)化多模塊組裝的品種設(shè)計(jì)的最佳策略,建立從“分子模塊”到“設(shè)計(jì)型品種”的現(xiàn)代生物技術(shù)育種創(chuàng)新體系,為實(shí)現(xiàn)全基因組水平多模塊優(yōu)化組裝、培育新一代超級(jí)品種提供系統(tǒng)解決方案。該研究基于優(yōu)良品種的全基因組遺傳信息,建立多模塊耦合與組裝的分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系,培育符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需示的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)和高效設(shè)計(jì)型新品種,主要開展分子模塊解析、分子模塊系統(tǒng)解析和耦合組裝、品種分子設(shè)計(jì)與培育、分子設(shè)計(jì)育種基地完善與能力提升4個(gè)方面的研究,開啟了我國(guó)探索基因組育種的新篇章。
?。?)國(guó)際合作取得顯著進(jìn)展
針對(duì)我國(guó)小麥育種中可用親本資源短缺和品種對(duì)白粉病與條銹病的抗性頻繁喪失兩大關(guān)鍵問(wèn)題,在農(nóng)業(yè)部引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃等支持下,采取國(guó)內(nèi)協(xié)作與國(guó)際合作相結(jié)合、品種與先進(jìn)抗病育種理念(微效基因成株抗性,具有持久抗性)同步引進(jìn)并與自主創(chuàng)新相結(jié)合的策略,1989-2014年系統(tǒng)開展了CIMMYT(國(guó)際玉米小麥改良中心)小麥的引進(jìn)、研究與創(chuàng)新利用,在以下三個(gè)方面取得重要進(jìn)展。
一是從CIMMYT及14個(gè)國(guó)家引進(jìn)品種資源50972份次,包括育成品種與品系、農(nóng)家種、近等基因系和近緣種等。利用春化、光周期、早熟性、矮稈等影響品種適應(yīng)性的主要基因的分子標(biāo)記與表型鑒定相結(jié)合,明確了主要國(guó)家品種引進(jìn)后在我國(guó)主產(chǎn)麥區(qū)的表現(xiàn)規(guī)律和利用價(jià)值,提出利用CIMMYT種質(zhì)的具體途經(jīng)和親本組配模式。將篩選的18165份有一定利用價(jià)值的優(yōu)異資源交國(guó)家和地方種質(zhì)庫(kù)長(zhǎng)期保存,約占國(guó)家種質(zhì)庫(kù)引進(jìn)小麥品種的60%,為我國(guó)小麥育種和遺傳研究提供了豐富的品種資源和重要信息。
二是從引進(jìn)品種及國(guó)內(nèi)品種中篩選鑒定出對(duì)白粉、條銹和葉銹病表現(xiàn)成株抗性的品種116份。首次發(fā)現(xiàn)兼抗上述三種病害且效應(yīng)較大的成株抗性基因位點(diǎn)(QTL)5個(gè)及其緊密連鎖的分子標(biāo)記9個(gè),占國(guó)際上已報(bào)道的兼抗型成株抗性位點(diǎn)(共9個(gè))的55%;與CIMMYT合作發(fā)現(xiàn)2個(gè)抗銹基因Yr18/Lr34和Yr29/Lr46兼抗白粉病。創(chuàng)立了分子標(biāo)記與常規(guī)育種相結(jié)合的兼抗型成株抗性育種新方法,并育成農(nóng)藝性狀優(yōu)良的兼抗型品系50份,為培育兼抗型持久抗性品種提供了遺傳基礎(chǔ)清晰的親本、基因、分子標(biāo)記和有效的育種方法,為從根本上解決品種抗性頻繁喪失提供了新思路和可操作的新方法。
三是通過(guò)引進(jìn)種質(zhì)創(chuàng)新利用,育成目標(biāo)性狀突出、綜合性狀優(yōu)良的育種可用親本10份,其中SW3243和新春6號(hào)分別成為四川和新疆小麥育種的骨干親本。引進(jìn)的18個(gè)品種經(jīng)篩選鑒定后直接審定推廣,項(xiàng)目組和其它協(xié)作單位利用引進(jìn)種質(zhì)與創(chuàng)制的骨干親本育成37個(gè)高產(chǎn)抗病優(yōu)質(zhì)廣適新品種,根據(jù)農(nóng)業(yè)部全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心的統(tǒng)計(jì),1990-2014年上述品種累計(jì)推廣2.96億畝,其中近3年推廣3633萬(wàn)畝。引進(jìn)的CIMMYT品種對(duì)全國(guó)小麥育種和生產(chǎn)乃至國(guó)家糧食安全做出了重要貢獻(xiàn)。
2. 重大成果
“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)。一是分子模塊解析。通過(guò)遺傳資源材料的評(píng)價(jià),獲得了108份高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)高效的優(yōu)異模塊供體材料。初步解析了13個(gè)水稻的分子模塊,包括水稻高產(chǎn)分子模塊dep5、dep6、GS8.1、GS8.2、NPT1和NPT2等,抗稻瘟病分子模塊Pizs,抗紋枯病分子模塊RSR1,耐冷分子模塊P204、A170V和S229N以及氮高效利用分子模塊Chr1和ARE1等。二是分子模塊系統(tǒng)解析和耦合組裝。通過(guò)對(duì)302份代表性大豆種質(zhì)深度重測(cè)序發(fā)現(xiàn)大豆在馴化和改良過(guò)程中遺傳多態(tài)性明顯降低,揭示了大豆育種中的選擇瓶頸效應(yīng);進(jìn)而通過(guò)基因組分析,在馴化階段鑒定出121個(gè)強(qiáng)選擇信號(hào),在品種改良階段鑒定出109個(gè)強(qiáng)選擇信號(hào);通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析并整合前人QTLs分析,發(fā)現(xiàn)很多選擇信號(hào)和油相關(guān)性狀有關(guān),說(shuō)明大豆產(chǎn)油性狀受人工選擇較多,形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共同調(diào)控油的代謝,從而引起不同種質(zhì)油相關(guān)性狀的變異。研究還定位了一系列重要農(nóng)藝性狀的調(diào)控位點(diǎn),明確了一些基因在區(qū)域化選擇中的作用,如控制花周期的E1,控制生長(zhǎng)習(xí)性的Dt1,控制絨毛顏色的T等,為大豆重要農(nóng)藝性狀調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究奠定了重要基礎(chǔ)。該成果發(fā)表在Nature Biotechnology上(DOI:10.1038/nbt.3096)。
CIMMYT小麥引進(jìn)、研究與創(chuàng)新利用。本項(xiàng)目發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文80篇,其中SCI論文50篇,包括TAG和Crop Science有關(guān)成株抗性的評(píng)述性論文2篇,影響因子2.0以上期刊22篇,經(jīng)Web of Science檢索,SCI累計(jì)引用760次;中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)和作物學(xué)報(bào)論文30篇。出版專譯著6部,獲發(fā)明專利5項(xiàng)。分別與CIMMYT及美國(guó)和澳大利亞建立了小麥育種聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,召開國(guó)際研討會(huì)8次,培養(yǎng)博士后和研究生45名,派遣訪問(wèn)學(xué)者65名,為提高我國(guó)小麥研究創(chuàng)新能力和擴(kuò)大國(guó)際影響做出重要貢獻(xiàn)。該項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)2015年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)初評(píng)。
水稻育種。我國(guó)水稻雜交優(yōu)勢(shì)利用一直處于國(guó)際領(lǐng)先地位,并不斷取得新的突破。超級(jí)稻育種形成了以“理想株型塑造與秈粳亞種間雜種優(yōu)勢(shì)利用相結(jié)合”的超級(jí)稻育種的理論和方法。光(溫)敏核不育基因、廣親和基因的發(fā)現(xiàn)和利用是超級(jí)稻育種取得成功的重要因素,我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的水稻光(溫)敏核不育基因可使雜交水稻免除保持系,使雜交水稻由“三系法”發(fā)展為“二系法”,不僅簡(jiǎn)化繁種制種程序、降低雜交種子生產(chǎn)成本,而且兩系雜交稻的配組較自由,選配到優(yōu)良組合的機(jī)率提高。另外,浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院姚海根團(tuán)隊(duì)申報(bào)的“晚粳稻核心種質(zhì)測(cè)21的創(chuàng)制與新品種定向培育應(yīng)用”項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)2015年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)初評(píng)。
小麥育種。從分子標(biāo)記-生化標(biāo)記-籽粒和面粉性狀-食品加工品質(zhì)四個(gè)層次首次創(chuàng)立了符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的中國(guó)小麥品種品質(zhì)評(píng)價(jià)體系。發(fā)現(xiàn)小麥新基因和新標(biāo)記26個(gè),發(fā)掘并驗(yàn)證可用于育種的分子標(biāo)記13個(gè);育成優(yōu)質(zhì)小麥品種中優(yōu)9507、中作8131-1和臨汾5064,已成為全國(guó)優(yōu)質(zhì)麥育種的骨干親本,以此作親本育成的優(yōu)質(zhì)品種23個(gè),累計(jì)推廣1.8億畝,2008年獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。矮敗小麥及其高效育種方法的創(chuàng)建與應(yīng)用,在國(guó)際上首創(chuàng)了將顯性核不育基因Ms2與顯性矮桿基因Rht10緊密連鎖于4D染色體短臂的重組體,即矮敗小麥特異種質(zhì)資源。創(chuàng)建了基于矮敗小麥的輪回選擇技術(shù),構(gòu)建完成了矮敗小麥高效育種平臺(tái)和全國(guó)矮敗小麥育種協(xié)作網(wǎng)。利用矮敗小麥高效育種方法育成國(guó)家或省級(jí)審定新品種42個(gè),累計(jì)推廣1.85億畝,2010年獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
大豆育種。廣適高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大豆新品種中黃13的選育與應(yīng)用研究,提出了不同緯度與遺傳遠(yuǎn)緣的親本雜交培育廣適大豆的育種新方法,創(chuàng)建了廣適高產(chǎn)大豆育種技術(shù)體系,培育出大豆新品種中黃13,實(shí)現(xiàn)了大豆育種新突破,2012年獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng);
棉花育種。在棉花轉(zhuǎn)基因優(yōu)質(zhì)纖維品種培育及材料創(chuàng)制方面獲得突破,將擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的來(lái)源于油菜FCA基因中編碼RRM2結(jié)構(gòu)域的cDNA片段構(gòu)建了轉(zhuǎn)基因載體,獲得一批產(chǎn)量性狀有明顯改良T4代轉(zhuǎn)基因棉花植株,其棉鈴增大非常明顯,平均單鈴重較受體品種中棉所12最高增加49.9%。同時(shí),轉(zhuǎn)基因植株能顯著增加棉纖維的長(zhǎng)度和提高棉纖維強(qiáng)度。這個(gè)轉(zhuǎn)基因材料已經(jīng)通過(guò)農(nóng)業(yè)部環(huán)境釋放。研究繪制了二倍體棉花-雷蒙德氏棉的全基因組草圖,創(chuàng)制出第二代優(yōu)質(zhì)纖維、優(yōu)質(zhì)大鈴轉(zhuǎn)基因棉花種質(zhì)新材料,加快了優(yōu)良棉花新品種的培育進(jìn)程;創(chuàng)新了棉花黃萎病抗性鑒定和選擇技術(shù),創(chuàng)立了“六棱塑料缽定量注菌液”抗病性苗期鑒定技術(shù),育成5個(gè)棉花新品種,實(shí)現(xiàn)了抗病、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)同步改良和突破。
?。ò耍┺r(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化
農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)是研究人類在生產(chǎn)活動(dòng)影響下,光、溫、水、氣等環(huán)境要素的演變規(guī)律及其與農(nóng)業(yè)生物和農(nóng)用投入品相互作用機(jī)理及調(diào)控與保護(hù)對(duì)策的一門科學(xué)。其科學(xué)使命在于通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)-農(nóng)村生態(tài)環(huán)境問(wèn)題以及對(duì)介于環(huán)境科學(xué)與農(nóng)業(yè)科學(xué)之間有關(guān)科學(xué)問(wèn)題的系統(tǒng)研究,保護(hù)、改善和調(diào)控農(nóng)業(yè)環(huán)境,促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展。最近幾年,農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)在以下幾個(gè)方面的發(fā)展尤為突出。
1. 研究進(jìn)展
?。?)全球氣候變化及其農(nóng)業(yè)影響
全球氣候變化研究自20世紀(jì)80年代興起以來(lái),已逐步成為最活躍、發(fā)展最快的科學(xué)領(lǐng)域之一。全球氣候變化及其農(nóng)業(yè)影響主要涉及農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與大氣溫室氣體源匯功能及其影響因素研究、全球氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響研究以及適應(yīng)對(duì)策研究等。2015年,我國(guó)參與了農(nóng)業(yè)模型比較和改進(jìn)項(xiàng)目(AgMIP)。農(nóng)業(yè)模型比較和改進(jìn)項(xiàng)目(AgMIP)是由全球上百位氣候、作物模型、全球和區(qū)域經(jīng)濟(jì)模型以及IT 專家共同組成的開放式研究網(wǎng)絡(luò)。它通過(guò)各領(lǐng)域?qū)<业膮f(xié)作提高農(nóng)業(yè)模型在全球的預(yù)測(cè)能力,并基于新一代農(nóng)業(yè)模型的研發(fā)和測(cè)試,不同農(nóng)業(yè)模型的比較和改進(jìn),從而降低模型運(yùn)用在氣候變化影響和適應(yīng)研究中的不確定性。
最近幾年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所熊偉研究員、林而達(dá)研究員、李玉娥研究員等,基于“十二五”科技支撐計(jì)劃“重點(diǎn)領(lǐng)域氣候變化影響與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究與應(yīng)用”課題和中英“氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)影響”合作項(xiàng)目,構(gòu)建了氣候變化影響歸因方法,首次在全國(guó)尺度上系統(tǒng)分析了1961-2010年中國(guó)氣溫、降水、輻射、CO2濃度增加等氣候變化趨勢(shì)對(duì)中國(guó)糧食產(chǎn)量的影響,闡明了中國(guó)糧食產(chǎn)量變化的歸因。
(2)農(nóng)業(yè)污染控制與清潔生產(chǎn)
2014年2月,國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“利用納米材料與技術(shù)提高農(nóng)藥有效性與安全性的基礎(chǔ)研究”在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院?jiǎn)?dòng),這是“國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃”在納米農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域部署的第一個(gè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要揭示利用納米材料與技術(shù)改善農(nóng)藥劑型功能,提高有效性與安全性的作用機(jī)制,突破農(nóng)藥劑型創(chuàng)制的理論制約瓶頸;建立高效、安全與低成本納米載藥系統(tǒng)的制備方法,發(fā)展綠色納米農(nóng)藥新劑型設(shè)計(jì)模式,推動(dòng)我國(guó)綠色農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展,緩解農(nóng)藥食品殘留與環(huán)境污染。
目前,中日項(xiàng)目課題“開發(fā)與驗(yàn)證環(huán)保型施肥技術(shù)”繼續(xù)順利推進(jìn)。自2009年從日本引進(jìn)側(cè)條施肥插秧技術(shù)以來(lái),課題組成員成功摸索出一整套集育秧、栽插、水肥藥管理的水稻側(cè)條施肥機(jī)插秧技術(shù)體系。通過(guò)該技術(shù)的實(shí)施,可以達(dá)到節(jié)約種植成本,保障作物產(chǎn)量,提高稻米品質(zhì),降低農(nóng)業(yè)面源污染的多重效果。課題研究成果先后在岳陽(yáng)、湘陰、汨羅、君山等縣(市、區(qū))大面積推廣,累計(jì)召開各類推廣培訓(xùn)會(huì)20余次,培訓(xùn)農(nóng)戶、農(nóng)技推廣人員2000多人,向洞庭湖區(qū)相關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn)免費(fèi)發(fā)放技術(shù)手冊(cè)、技術(shù)宣傳頁(yè)二萬(wàn)余份,取得了較顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
?。?)農(nóng)業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理
北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶刺萼龍葵綜合防控關(guān)鍵技術(shù)研究取得新進(jìn)展。,自2009年以來(lái),刺萼龍葵在我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶快速蔓延,在遼、吉、蒙、冀等?。ㄊ?、區(qū))112個(gè)縣(市、旗)發(fā)生危害,嚴(yán)重危害面積已達(dá)480萬(wàn)畝,對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在國(guó)家公益性行業(yè)科研項(xiàng)目的支持下,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所組織多家科研、推廣部門技術(shù)力量,開展針對(duì)刺萼龍葵綜合防控技術(shù)協(xié)作攻關(guān)。項(xiàng)目組從個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)等不同層次開展系統(tǒng)研究,研究闡明了刺萼龍葵入侵機(jī)制及被入侵生態(tài)系統(tǒng)退化機(jī)理,應(yīng)用恢復(fù)生態(tài)學(xué)、植物群落演替理論和方法,研究篩選出了12種替代植物組合, 7種化學(xué)防除技術(shù)方法,并選擇在科爾沁草原刺萼龍葵典型危害區(qū)建立了綜合防控示范基地,經(jīng)過(guò)三年多的示范,取得了一系列突破性進(jìn)展,示范區(qū)刺萼龍葵土壤種子庫(kù)數(shù)量和種群密度顯著降低,有效挽回了牧草產(chǎn)量損失。
2. 重大成果
全球氣候變化規(guī)律和觀測(cè)技術(shù)研究。科研人員初步揭示了全球氣候變化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)及產(chǎn)量的影響,研究表明:中國(guó)高緯度地區(qū)作物生育期延長(zhǎng),喜溫作物界限北移,作物種植結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了調(diào)整。與20世紀(jì)60年代相比,中國(guó)東北地區(qū)的生長(zhǎng)期增加了10天左右。東北地區(qū)增溫已使冬小麥的種植北界北移西延,水稻種植面積大幅增加,其種植北界已移至約北緯52度。玉米晚熟品種種植區(qū)域向北推移了約4個(gè)緯度,雙季稻栽培已經(jīng)由北緯28度北移至北緯30度。全國(guó)復(fù)種指數(shù)由1980年的109.4%增加到2006年的128.9%。模擬預(yù)測(cè)結(jié)果,如果不采取適應(yīng)性措施,未來(lái)氣候變化將導(dǎo)致中國(guó)水稻、玉米和小麥等主要糧食作物的減產(chǎn)。2050年,若不考慮二氧化碳的肥效作用,則糧食總產(chǎn)量最大可下降20%左右,若考慮二氧化碳肥效作用,糧食總產(chǎn)量最大下降5%。在未來(lái)氣候變化的背景下,水資源因素將成為糧食總產(chǎn)量提高的最主要限制因子。另外,2014年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所農(nóng)業(yè)氣象學(xué)科首席科學(xué)家林而達(dá)研究員率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)對(duì)氣候變化的脆弱性和適應(yīng)能力的時(shí)空分布特征進(jìn)行了評(píng)估和分析。該項(xiàng)研究采用多標(biāo)準(zhǔn)綜合評(píng)估方法,綜合評(píng)估了2010-2050年我國(guó)農(nóng)業(yè)對(duì)氣候變化脆弱性的時(shí)空分布特征,識(shí)別出了農(nóng)業(yè)對(duì)氣候變化的脆弱區(qū)域,綜合分析了當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)對(duì)氣候變化的適應(yīng)能力。相關(guān)的研究結(jié)果于2014年7月在線發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Climatic Change》,為我國(guó)農(nóng)業(yè)適應(yīng)氣候變化提供了技術(shù)支撐。
產(chǎn)地環(huán)境保護(hù)與修復(fù)技術(shù)研究。2014年,同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院徐祖信教授主持完成的“農(nóng)村污水生態(tài)處理技術(shù)體系與集成示范”項(xiàng)目獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目針對(duì)上海及江南水鄉(xiāng)農(nóng)村環(huán)境特性開展了農(nóng)村污水處理技術(shù)研究,成功研發(fā)出了人工濕地除磷脫氮技術(shù)、人工濕地防堵塞技術(shù)、生態(tài)曝氣穩(wěn)定塘技術(shù)、污泥和水葫蘆生態(tài)處理技術(shù),集成了三套污水處理優(yōu)化組合工藝,并實(shí)現(xiàn)了規(guī)?;瘧?yīng)用。部分研究成果填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白,并達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。同年,我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)應(yīng)用技術(shù)也取得重大突破,研發(fā)出了治理重金屬污染的微生物產(chǎn)品—“金無(wú)蹤”。在湖南省和廣東省多年進(jìn)行的田間試驗(yàn)和大面積生產(chǎn)示范證明,利用該產(chǎn)品能夠修復(fù)重金屬污染土壤,可使作物正常生長(zhǎng),農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量得到降低。在中輕度污染的稻田土壤上,稻米鎘含量降低幅度達(dá)23%-57%,達(dá)到國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),解決了部分稻米產(chǎn)區(qū)的鎘污染問(wèn)題。經(jīng)過(guò)專家委員會(huì)評(píng)議,該成果總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,對(duì)于指導(dǎo)和推進(jìn)我國(guó)南方乃至全國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染治理具有重要意義。
農(nóng)業(yè)污染控制與清潔生產(chǎn)研究。2012年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所董紅敏研究員及其研究團(tuán)隊(duì)的科研成果“畜禽糞便沼氣處理清潔發(fā)展機(jī)制方法學(xué)和技術(shù)開發(fā)應(yīng)用”榮獲2012年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。該成果不僅建立了全球第一個(gè)戶用沼氣CDM 方法學(xué),被聯(lián)合國(guó)清潔發(fā)展機(jī)制方法學(xué)專家委員會(huì)批準(zhǔn)為“農(nóng)戶/小規(guī)模農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)業(yè)活動(dòng)甲烷回收方法學(xué)(AMS-III.R)”,并成為定量核算和監(jiān)測(cè)戶用沼氣溫室氣體減排效果的國(guó)際通用方法;還在國(guó)內(nèi)首次研究集成了適用于不同規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽糞便沼氣處理CDM 技術(shù)模式,建立了不同規(guī)模畜禽糞便沼氣CDM 項(xiàng)目開發(fā)可行性指標(biāo),提出了基線確立、減排效果監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的技術(shù)規(guī)程,為促進(jìn)國(guó)際環(huán)境補(bǔ)償機(jī)制的應(yīng)用提供了工具。
農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理。由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所唐華俊研究員牽頭完成的項(xiàng)目成果“農(nóng)業(yè)旱澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)”獲得2014年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目成果突破了農(nóng)業(yè)旱澇災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)精度低、時(shí)效差的技術(shù)難題,建立了“星-機(jī)-地”多平臺(tái)一體化的農(nóng)業(yè)災(zāi)害信息快速獲取技術(shù),實(shí)現(xiàn)不同尺度旱澇災(zāi)情信息獲取時(shí)間縮短到24 小時(shí)以內(nèi)。創(chuàng)建了多模型整合的土壤墑情監(jiān)測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)全國(guó)土壤墑情常規(guī)監(jiān)測(cè)10天1次,應(yīng)急監(jiān)測(cè)3天1次;率先建立了光學(xué)水體高精度提取技術(shù)、全波段和主被動(dòng)遙感協(xié)同的微波全天候水體識(shí)別技術(shù),實(shí)現(xiàn)區(qū)域洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)保證率由不足75%提高到90%以上。研制了面向作物全生育期的旱澇災(zāi)害損失遙感評(píng)估技術(shù),實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物洪澇受損等級(jí)劃分,作物干旱遙感診斷準(zhǔn)確率達(dá)94%;采用淹沒(méi)損失曲線法,建立了針對(duì)不同農(nóng)作物和發(fā)育期的受損面積和受損程度快速評(píng)估技術(shù),實(shí)現(xiàn)了影像獲取后4小時(shí)內(nèi)可上報(bào)災(zāi)損評(píng)估結(jié)果。
?。ň牛┺r(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃
農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃學(xué)是一門分析農(nóng)業(yè)資源的時(shí)空分布規(guī)律,調(diào)查、監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)資源的利用現(xiàn)狀,研究農(nóng)業(yè)資源的高效利用和合理保護(hù),揭示農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地域分異規(guī)律,指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力合理配置,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)利用和區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué),也是一門橫跨自然生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和多種技術(shù)的高度綜合性交叉學(xué)科。它的研究對(duì)象是農(nóng)業(yè)資源,基本研究任務(wù)包括:農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與評(píng)價(jià)、農(nóng)業(yè)資源利用與保育、農(nóng)業(yè)分區(qū)與區(qū)域戰(zhàn)略三個(gè)方面。
1. 研究進(jìn)展
最近幾年,國(guó)內(nèi)重點(diǎn)開展了農(nóng)業(yè)氣候資源分析與區(qū)劃、農(nóng)業(yè)氣候資源與主要農(nóng)作物布局及種植制度關(guān)系、農(nóng)業(yè)氣候(自然)生產(chǎn)潛力模擬與資源量化評(píng)價(jià)、農(nóng)業(yè)氣候資源信息的管理與分析等方面的研究,獲取了精細(xì)化的農(nóng)業(yè)氣候資源時(shí)空分布數(shù)據(jù),編制了精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃和大宗特色農(nóng)作物氣候區(qū)劃;利用農(nóng)業(yè)氣候資源數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)光、熱、水資源信息進(jìn)行有效管理,應(yīng)用GIS技術(shù)定量采集、管理、分析具有空間特性的農(nóng)業(yè)氣候資源,都取得了重要進(jìn)展。
?。?)農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與評(píng)價(jià)
最近幾年,農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測(cè)成為該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測(cè)研究主要圍繞農(nóng)作物遙感監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與數(shù)字農(nóng)業(yè)四個(gè)方面進(jìn)行。尤其是從2003年開始,我國(guó)積極參與亞太經(jīng)合組織(APEC)基金“遙感與GIS技術(shù)在作物生產(chǎn)中的應(yīng)用”合作項(xiàng)目。該項(xiàng)目針對(duì)作物生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)遙感與GIS通用和適用的應(yīng)用方法,加強(qiáng)了APEC成員體遙感與GIS技術(shù)在作物生產(chǎn)領(lǐng)域的交流,組織了關(guān)于應(yīng)用遙感與GIS技術(shù)在種植區(qū)域提取作物空間分布、遙感與GIS技術(shù)在作物單產(chǎn)估算、遙感與GIS在作物災(zāi)害中監(jiān)測(cè)、遙感與GIS技術(shù)作物模擬等方面的培訓(xùn)。項(xiàng)目有效促進(jìn)了APEC成員體在該領(lǐng)域的國(guó)際交流與合作,顯著推動(dòng)了遙感與GIS技術(shù)在作物生產(chǎn)能力中的應(yīng)用,對(duì)進(jìn)一步加強(qiáng)APEC成員體間農(nóng)業(yè)技術(shù)合作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
(2)農(nóng)業(yè)資源利用與保育
近年來(lái),國(guó)內(nèi)科研人員在農(nóng)業(yè)資源利用與保育領(lǐng)域開展了多方面研究工作。氣候變化和糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的相互作用關(guān)系研究一直倍受國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界關(guān)注?;诔袚?dān)的全球變化重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“氣候變化對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的影響機(jī)理及適應(yīng)機(jī)制研究”,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Journal of Integrative Agriculture》2014年第13卷7期出版了“氣候變化對(duì)中國(guó)糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的影響”專輯,該專輯圍繞氣候變化和糧食生產(chǎn)資源要素變化、氣候變化和農(nóng)業(yè)生物或非生物災(zāi)害變化、以及氣候變化和農(nóng)作物單產(chǎn)及空間格局等主題共發(fā)表了19篇學(xué)術(shù)論文,系統(tǒng)地研究了氣候變化與我國(guó)糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的影響途徑和過(guò)程,并綜合評(píng)估了氣候變化對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)(面積、單產(chǎn)和總產(chǎn))的總體影響。
此外,公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)“北方旱地合理耕層構(gòu)建技術(shù)及配套耕作機(jī)具研究與示范”項(xiàng)目、“半干旱牧區(qū)天然打草場(chǎng)培育與利用技術(shù)研究與示范” 項(xiàng)目、“糧食主產(chǎn)區(qū)土壤肥力演變與培肥技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目、“北方旱地合理耕層構(gòu)建技術(shù)及配套耕作機(jī)具研究與示范”項(xiàng)目、國(guó)家973計(jì)劃“肥料養(yǎng)分持續(xù)高效利用機(jī)理與途徑”項(xiàng)目、國(guó)家“863”計(jì)劃現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域課題“作物生長(zhǎng)水分與營(yíng)養(yǎng)土壤生境調(diào)控技術(shù)” 項(xiàng)目等都取得了重要進(jìn)展。
?。?)農(nóng)業(yè)分區(qū)與區(qū)域戰(zhàn)略
農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究也取得重要進(jìn)展。目前該領(lǐng)域研究主要圍繞農(nóng)業(yè)資源調(diào)查評(píng)價(jià)、農(nóng)業(yè)區(qū)域劃分、農(nóng)業(yè)區(qū)域布局和區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展四個(gè)方面展開。2014年1月份,農(nóng)業(yè)部印發(fā)了《特色農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局規(guī)劃(2013-2020)》。作為指導(dǎo)特色農(nóng)業(yè)發(fā)展的綱領(lǐng)性文件,該規(guī)劃從專業(yè)角度對(duì)氣候、土壤與適宜作物等進(jìn)行研究,并以政府信譽(yù)為區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做擔(dān)保,有利于引導(dǎo)社會(huì)資金投入,從而使地方政府發(fā)展農(nóng)業(yè)有了明確的指南, 在新一輪特色農(nóng)業(yè)發(fā)展中起到了明顯的推動(dòng)作用。此外,《特色農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局規(guī)劃(2013-2020年)》、《全國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》等一批規(guī)劃相繼出臺(tái)。
2. 重大成果
農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測(cè)。2015年,歐洲空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施大會(huì)暨世界地理信息論壇宣布,由國(guó)家測(cè)繪地理信息局牽頭,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所等單位參與完成的30米分辨率全球地表覆蓋遙感制圖項(xiàng)目榮獲“2015年世界地理信息技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”。這是對(duì)近年來(lái)我國(guó)測(cè)繪地理信息科技創(chuàng)新成就的充分肯定,將進(jìn)一步推動(dòng)全球地表覆蓋數(shù)據(jù)的廣泛深入應(yīng)用。該項(xiàng)目于2015年1月31日入選了2014年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞之一。30米分辨率全球地表覆蓋遙感制圖項(xiàng)目研建了地表覆蓋數(shù)據(jù)生產(chǎn)的質(zhì)量控制技術(shù)體系,成功生產(chǎn)出世界首套全球2000年度和2010年度兩個(gè)基準(zhǔn)年的30米分辨率全球地表覆蓋數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)被國(guó)際同行評(píng)價(jià)為“對(duì)地觀測(cè)與地理信息共享領(lǐng)域的里程碑成就”,目前已有近90個(gè)國(guó)家的2000多名用戶使用這一重要科學(xué)數(shù)據(jù),廣泛應(yīng)用于氣候變化研究、生態(tài)環(huán)境評(píng)估、自然災(zāi)害防治、可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃以及地理教學(xué)等領(lǐng)域。
農(nóng)業(yè)土壤資源。近年來(lái),深入研究的土壤形成演變規(guī)律、土壤養(yǎng)分時(shí)空分布特征等問(wèn)題,為改善和提高農(nóng)業(yè)土壤資源質(zhì)量和利用效率提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。提高作物營(yíng)養(yǎng)資源利用效率的根際調(diào)控機(jī)理研究,獲得了國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)2等獎(jiǎng)。初步完成了覆蓋我國(guó)各主要農(nóng)區(qū)的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,建立了適合我國(guó)不同地區(qū)農(nóng)業(yè)特點(diǎn)的耕地質(zhì)量培育技術(shù)模式和技術(shù)體系,特別是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的滲透,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)土壤學(xué)向模式化、數(shù)字化、智能化、準(zhǔn)確化和網(wǎng)絡(luò)化邁進(jìn),有力地推動(dòng)了農(nóng)業(yè)土壤學(xué)的發(fā)展。
2015年,中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所張佳寶主持的“黃淮地區(qū)農(nóng)田地力提升與大面積均衡增產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用”項(xiàng)目獲得2014年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目針對(duì)黃淮地區(qū)中低產(chǎn)田治理和高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中所面臨的問(wèn)題,最先研究了潮土質(zhì)量及其演變規(guī)律,發(fā)現(xiàn)微堿性土壤因能中和化肥酸化,有效阻控了長(zhǎng)期(平衡不過(guò)量)施用化肥引起的一系列土壤退化過(guò)程,修正了“長(zhǎng)期施用化肥不能持續(xù)”的一概而論觀點(diǎn);實(shí)現(xiàn)疊加求交劃分地力評(píng)價(jià)單元和多法耦聯(lián)的屬性賦值技術(shù)創(chuàng)新,突破了高分辨率壁壘,開發(fā)出了地塊級(jí)縣域耕地信息管理和地力評(píng)價(jià)系統(tǒng);提出了土壤障礙因子分類消減法,對(duì)衍生性障礙類建立了標(biāo)準(zhǔn)化的長(zhǎng)效控制現(xiàn)代共性技術(shù),對(duì)屬性障礙類研制了個(gè)性靶向技術(shù)分別消減;研發(fā)了與地力培育協(xié)同的水肥高效與作物高產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù),提出了關(guān)鍵技術(shù)分層次集成、接力式推進(jìn)、后臺(tái)信息高技術(shù)支撐前臺(tái)的創(chuàng)新思路,通過(guò)后臺(tái)高新技術(shù)服務(wù),支持田間一體化精準(zhǔn)操作,創(chuàng)建了既輕簡(jiǎn)又現(xiàn)代化的中低產(chǎn)田“地力-產(chǎn)量雙跨越技術(shù)體系”,實(shí)現(xiàn)了大面積均衡增產(chǎn)增效。上述科研成果近3年累計(jì)推廣面積2.07億畝,新增糧食60.7億公斤,直接經(jīng)濟(jì)效益為156.7億。
農(nóng)業(yè)水資源。圍繞自然降水資源有效利用、土壤水--作物水分高效利用,以及灌溉水高效利用和區(qū)域水資源高效利用等,開展了一系列的研究與應(yīng)用 。把生物節(jié)水、工程節(jié)水和管理節(jié)水結(jié)合起來(lái),對(duì)西北地區(qū)農(nóng)業(yè)高效用水原理與技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研究,取得一系列成果,獲國(guó)家科技進(jìn)步2等獎(jiǎng)。節(jié)水灌溉新技術(shù)、新產(chǎn)品的研發(fā)速度明顯加快,低成本、高效的微灌、噴灌及移動(dòng)式抗旱灌溉機(jī)具逐步走向市場(chǎng),并在東北、西北地區(qū)大面積應(yīng)用。新疆主要作物膜下滴灌技術(shù)由2001年的80萬(wàn)畝發(fā)展到2005年的700多萬(wàn)畝。棉花膜下滴灌與常規(guī)灌溉相比,膜下滴灌節(jié)水率能達(dá)到42%,水產(chǎn)比為0.85kg/m3,比常規(guī)灌溉的0.45kg/m3高0.4kg/m3,膜下滴灌玉米,節(jié)水22.24%,水產(chǎn)比比常規(guī)灌溉的0.87kg/m3高0.77kg/m3,是高產(chǎn)、高效的節(jié)水技術(shù)。高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)水資源現(xiàn)代化管理中的應(yīng)用日益廣泛,3S技術(shù)的應(yīng)用提升了農(nóng)業(yè)水管理的現(xiàn)代化水平。農(nóng)業(yè)水資源管理更加重視工程措施、農(nóng)藝生物措施與管理措施的有機(jī)結(jié)合,并開始走向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、模式化、定量化和智能化。例外,“干旱內(nèi)陸河流域生態(tài)的水資源配置理論與調(diào)控技術(shù)及其應(yīng)用研究”課題組以黑河下游的民勤縣為基地,系統(tǒng)研究了干旱區(qū)內(nèi)陸河流域水資源循環(huán)規(guī)律、作物需水過(guò)程及調(diào)控技術(shù)、生態(tài)植被需水及演變規(guī)律,在考慮區(qū)域生態(tài)用水需求的基礎(chǔ)上,以保證區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),提出了有限水資源的合理配置理論及調(diào)控技術(shù),并在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了顯著節(jié)水、增效、促生態(tài)的作用,2013年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
?。ㄊ┳魑锢ハx病理
作物昆蟲病理學(xué)在農(nóng)學(xué)學(xué)科包括農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)和植物病理學(xué)兩個(gè)分支學(xué)科,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域主要研究農(nóng)業(yè)害蟲及其天敵和植物病害。農(nóng)作物病蟲害是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素之一。農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)是研究農(nóng)業(yè)害蟲(包括螨類)和益蟲的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律及其防治策略和方法的科學(xué)。它是一門應(yīng)用學(xué)科,有其獨(dú)特的理論基礎(chǔ),它的目的是為了經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便、安全有效地控制蟲害,避免農(nóng)作物遭受損失。植物病理學(xué)是研究引起植物病害發(fā)生的各種生物和非生物因子、病原物和寄主之間的相互作用及其導(dǎo)致病害發(fā)生的機(jī)制和控制病害發(fā)生、減輕病害損失的一門科學(xué)。
1. 研究進(jìn)展
?。?)植物病害研究
近兩年來(lái),中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所和棉花研究所等單位共同開展“棉花枯、黃萎病抗性鑒定技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用”項(xiàng)目研究工作。項(xiàng)目組成員通過(guò)多年聯(lián)合攻關(guān),研究明確了我國(guó)棉花枯、黃萎病菌的分型和分布,建立了標(biāo)準(zhǔn)菌株資源庫(kù)及信息檔案;研究分析了棉花黃萎病抗性遺傳規(guī)律和防御機(jī)制,為抗病鑒定提供了理論依據(jù);創(chuàng)立了抗枯、黃萎病鑒定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);發(fā)明了黃萎病快速鑒定新方法;建立了規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的棉花枯、黃萎病抗性評(píng)價(jià)技術(shù)體系。利用該技術(shù)體系準(zhǔn)確鑒定評(píng)價(jià)出一批棉花品種(系)和資源材料的抗病性,推薦一批抗(耐)病品種通過(guò)國(guó)家或省級(jí)審定,并得到推廣,促成多個(gè)品種獲得國(guó)家獎(jiǎng)。項(xiàng)目制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng),獲得國(guó)家發(fā)明專利4項(xiàng),植物新品種權(quán)1件,出版著作5部,發(fā)表論文48篇,其中SCI論文9篇。此外,公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)“西甜瓜種傳細(xì)菌性果斑病綜合防控技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目、“作物細(xì)菌性病害防控技術(shù)研究與示范” 項(xiàng)目、“農(nóng)田地下害蟲綜合防控技術(shù)研究與示范”和歐盟援助項(xiàng)目“湄公河次區(qū)域水稻害蟲綜合治理”等都取得了重要進(jìn)展。
?。?)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲種群的影響
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所馬春森研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)6年的潛心研究發(fā)現(xiàn),全球氣候變化打破了農(nóng)業(yè)害蟲群落原有的平衡,改變了害蟲群落物種間的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度,使優(yōu)勢(shì)種(群落中具有最大密度、蓋度和生物量,對(duì)生境影響最大的物種)發(fā)生了演替,氣候變化正在改變農(nóng)業(yè)害蟲群落的優(yōu)勢(shì)種。研究結(jié)果以“極端溫度事件改變種群統(tǒng)計(jì)參數(shù)、相對(duì)適合度及群落結(jié)構(gòu)”(Extreme temperature events alter demographic rates, relative fitness, and community structure)為題,于2015年5月發(fā)表在國(guó)際著名生態(tài)學(xué)和保護(hù)生物學(xué)雜志《全球變化生物學(xué)》(Global Change Biology)。
此外,馬春森研究團(tuán)隊(duì)以世界性蔬菜害蟲小菜蛾為模式系統(tǒng),采用實(shí)驗(yàn)?zāi)M熱浪的方法,發(fā)現(xiàn)高齡幼蟲比早期幼蟲或其它發(fā)育階段具有更高的耐熱性;早期階段經(jīng)歷高溫產(chǎn)生的效應(yīng)可以傳遞到后期階段,熱浪的發(fā)生越接近成蟲階段,成蟲繁殖量減少得越多。盡管成蟲期只經(jīng)歷為期一天的高溫沖擊不會(huì)立即造成小菜蛾大量死亡,對(duì)交配成功率和成蟲壽命也無(wú)不利影響,但可通過(guò)母代效應(yīng)使后代孵化率下降20%。熱浪持續(xù)期延長(zhǎng)常導(dǎo)致多個(gè)生命階段遭遇熱浪沖擊,研究發(fā)現(xiàn)不同階段間熱浪的影響并不相互獨(dú)立,且不是簡(jiǎn)單的累加效應(yīng),體現(xiàn)了氣候變化對(duì)害蟲影響的復(fù)雜性。這些研究結(jié)果于近期發(fā)表在國(guó)際生態(tài)學(xué)雜志《Oecologia》和《Scientific Reports》、《PLoS ONE》。
?。?)環(huán)狀小RNA研究
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所李世訪研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳清發(fā)教授研究團(tuán)隊(duì)合作, 在環(huán)狀小RNA研究方面取得了新的進(jìn)展。他們?cè)谥匦戮帉懹?jì)算機(jī)程序PFOR使其具有并行數(shù)據(jù)分析能力的基礎(chǔ)上,結(jié)合生物信息學(xué)和高通量測(cè)序(NGS)技術(shù),從蘋果和葡萄中分離到兩種新的環(huán)狀小RNA,并分別驗(yàn)證了它們的核酶活性和自我復(fù)制特性。相關(guān)研究結(jié)果于2014年12月11日以 “Discovery of replicating circular RNAs by RNA-Seq and computational algorithms” 為題在線發(fā)表在SCI頂尖核心期刊《PLoS Pathogens》上。
?。?)監(jiān)測(cè)預(yù)警信息技術(shù)
2015年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所張澤華研究員完成了公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)“草原蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警及防控技術(shù)研究與示范”。項(xiàng)目在草原蟲害種類與分布、害蟲發(fā)生規(guī)律、監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)、重大害蟲的演變趨勢(shì)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、蟲害防控技術(shù)研究,以及技術(shù)集成與示范等方面開展了深入的研究,取得了具有自主產(chǎn)權(quán)的技術(shù)產(chǎn)品,制定了可操作性強(qiáng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),形成了較為完善的防控技術(shù)體系,具有廣闊的應(yīng)用前景;項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,有效的控制了草原害蟲的危害,加快了草原生態(tài)恢復(fù),減少了化學(xué)農(nóng)藥的應(yīng)用,提升了草原害蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警和防控技術(shù)水平,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。
?。?)轉(zhuǎn)基因抗蟲作物
國(guó)內(nèi)科研人員闡明了種植Bt作物對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的顯著生防功能。這是國(guó)際上首次從景觀生態(tài)學(xué)尺度對(duì)Bt作物生態(tài)服務(wù)功能和機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究,對(duì)發(fā)展利用Bt植物可持續(xù)控制重大害蟲區(qū)域性災(zāi)變的理論與方法有重要科學(xué)意義。論文2012年發(fā)表于《Nature》雜志;深入研究發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲田間種群對(duì)Bt棉花的抗性基因存在遺傳多樣性,首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)非隱性抗性基因在Bt作物抗性演化中具有關(guān)鍵性作用。該論文2008年發(fā)表于Science雜志封面文章;成功破譯重大農(nóng)業(yè)害蟲小菜蛾基因組,完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),宣告世界上首個(gè)鱗翅目昆蟲原始類型基因組的完成,同時(shí)也是第一個(gè)世界性鱗翅目害蟲的基因組。研究論文2013年發(fā)表在《自然?6?1遺傳學(xué)》雜志。
2. 重大成果
病蟲害防治研究。2015年,西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院主持的“青藏高原青稞與牧草害蟲綠色防控技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”獲得2014年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)成果針對(duì)青稞與牧草害蟲猖獗為害、農(nóng)藥污染加劇的嚴(yán)峻形勢(shì),以重要青稞和牧草害蟲為治理對(duì)象,研究揭示了主要害蟲的成災(zāi)機(jī)理,創(chuàng)造并實(shí)施了青藏高原害蟲分區(qū)治理模式,將青藏高原農(nóng)牧區(qū)劃分為生態(tài)穩(wěn)定區(qū)、生態(tài)半脆弱區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)三大區(qū)域,集成并實(shí)施了“兩改兩用”的高原害蟲防控對(duì)策,研發(fā)出多項(xiàng)天敵擴(kuò)繁與保護(hù)技術(shù),優(yōu)選應(yīng)用數(shù)種高效防蟲生防制劑,凝煉了多項(xiàng)輕簡(jiǎn)化實(shí)用措施,構(gòu)建了青藏高原害蟲綠色防控技術(shù)體系,累計(jì)推廣應(yīng)用6.6億畝,挽回產(chǎn)量損失54.7億公斤,直接經(jīng)濟(jì)效益105.7億元,少用化學(xué)農(nóng)藥7302.6噸(商品量),天敵種類和數(shù)量比項(xiàng)目實(shí)施前增長(zhǎng)44%~56%。
小麥條銹病菌源基地綜合治理技術(shù)研究取得重大創(chuàng)新,在大規(guī)模推廣應(yīng)用中防病增產(chǎn)效果極其顯著。2009-2011年累計(jì)推廣應(yīng)用23067.2萬(wàn)畝,有效控制了條銹病的暴發(fā)流行,增收節(jié)支93.32億元。該成果獲2012年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。建立并優(yōu)化了7種柑桔病毒類和檢疫類病害的分子快速檢測(cè)技術(shù),創(chuàng)新了柑桔分子檢測(cè)微量取樣制備技術(shù)和柑桔莖尖脫毒微量快速評(píng)價(jià)技術(shù)。新建柑桔無(wú)病毒良種示范基地44萬(wàn)畝,實(shí)現(xiàn)企業(yè)和農(nóng)民增收15351萬(wàn)元。該成果獲2012年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
害蟲抗藥性機(jī)制和治理技術(shù)。2015年,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)高希武教授主持的項(xiàng)目“生物靶標(biāo)導(dǎo)向的農(nóng)藥高效減量使用關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”通過(guò)國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)初評(píng)。該成果以生物靶標(biāo)對(duì)藥劑敏感度變異以及抗藥性特點(diǎn)為導(dǎo)向,從有害生物抗藥性機(jī)制、藥劑聯(lián)合毒力作用、藥劑劑量調(diào)控以及克抗性藥劑研制與抗藥性治理等進(jìn)行了系統(tǒng)研究,創(chuàng)新性地提出了“生物靶標(biāo)導(dǎo)向”的克抗性藥劑研發(fā)的理念、闡明了其對(duì)重要病蟲草對(duì)農(nóng)藥抗性的分子機(jī)制,解決了抗藥性治理分子靶標(biāo)不清楚的問(wèn)題;通過(guò)對(duì)23種有害生物對(duì)56種農(nóng)藥抗性的系統(tǒng)研究,構(gòu)建了克抗性治理技術(shù)體系。該成果共計(jì)獲得發(fā)明專利14項(xiàng),發(fā)表文章160篇,培訓(xùn)技術(shù)人員和農(nóng)民60萬(wàn)人次。該成果2012年獲得教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。近三年相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品累計(jì)推廣面積達(dá)15249萬(wàn)畝次,田間農(nóng)藥使用量明顯減少,例如麥田除草和麥蚜防治農(nóng)藥投入量減少30%-60%,累計(jì)增加經(jīng)濟(jì)效益75.67億元。產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
雙生病毒致病機(jī)制。2015年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物有害生物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在雙生病毒功能基因組和致病機(jī)制方面取得新的研究進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)了雙生病毒基因組編碼的一個(gè)新基因AC5,并揭示了該基因在病毒致病過(guò)程中功能以及抑制植物轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平基因沉默的新機(jī)制。這項(xiàng)研究成果近期發(fā)表于國(guó)際植物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《New Phytologist》。同年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所李世訪研究團(tuán)隊(duì)與意大利病毒專家Francesco Di Serio及本所內(nèi)相關(guān)病毒專家合作,繼美國(guó)和意大利從葡萄、柑橘兩大果樹中鑒定出雙生病毒之后,從蘋果中首次發(fā)現(xiàn)一種新的雙生病毒,并驗(yàn)證了其生物活性和寄主范圍。相關(guān)研究結(jié)果于2015年5月1日發(fā)表在病毒學(xué)著名SCI雜志《Journal of General Virology》上。又從桑樹中首次發(fā)現(xiàn)一種新的雙生病毒。這是繼葡萄、柑橘和蘋果三大果樹中鑒定出雙生病毒之后,從果樹中發(fā)現(xiàn)的第四個(gè)雙生病毒。相關(guān)研究結(jié)果于2015年5月6日發(fā)表于《Journal of General Virology》。
(十一)作物栽培
作物栽培學(xué)是作物學(xué)科重要組成部分,研究作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成規(guī)律及其與環(huán)境條件的關(guān)系,探索通過(guò)栽培管理、生長(zhǎng)調(diào)控和優(yōu)化決策等途徑,以實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效及可持續(xù)發(fā)展的理論、方法與技術(shù)的科學(xué)。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)作物栽培特別重視作物高產(chǎn)高效的研究,在產(chǎn)量形成與資源利用的研究規(guī)律基礎(chǔ)上,創(chuàng)新了一系列的關(guān)鍵技術(shù)與區(qū)域特色的技術(shù)體系,有效地保障的我國(guó)糧、棉、油的生產(chǎn)能力的提升。經(jīng)過(guò)我國(guó)作物栽培學(xué)家?guī)资甑奶剿?,作物栽培學(xué)形成了區(qū)別于其他農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科的具有自身規(guī)律的理論體系。特別是近年來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正在向良種良法的結(jié)合,農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的融合,生產(chǎn)生態(tài)的兼顧、高產(chǎn)與高效同步的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展中作物栽培起到了關(guān)鍵作用,體現(xiàn)出學(xué)科綜合性優(yōu)勢(shì)。作物栽培學(xué)正在向機(jī)械規(guī)?;⑿畔⒕_化、可持續(xù)簡(jiǎn)化、氣候變化適應(yīng)性、抗逆穩(wěn)產(chǎn)等技術(shù)的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。
1. 研究進(jìn)展
?。?)作物生育過(guò)程中器官相關(guān)與肥水效應(yīng)理論
作物各器官生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的相關(guān)性,如營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)的關(guān)系,地上部生長(zhǎng)與地下部生長(zhǎng)的關(guān)系,作物器官的同伸關(guān)系等。根據(jù)不同器官之間相關(guān)關(guān)系,創(chuàng)建了以器官相關(guān)與肥水效應(yīng)為核心的葉齡促控的理論與技術(shù),即以不同葉齡時(shí)期的肥水效應(yīng)為依據(jù),用主莖葉齡作為形態(tài)指標(biāo),制定因地制宜、因苗管理的相應(yīng)促控措施。該理論在小麥葉齡指標(biāo)促控法栽培管理技術(shù)上取得了顯著突破。
?。?)作物高產(chǎn)形成定量化理論
提高作物產(chǎn)量是作物栽培學(xué)的重點(diǎn)任務(wù),在高產(chǎn)和超高產(chǎn)產(chǎn)量目標(biāo)下,研究作物產(chǎn)量提高過(guò)程“產(chǎn)量構(gòu)成、光合性能、源庫(kù)關(guān)系”三個(gè)作物產(chǎn)量的理論特點(diǎn)和內(nèi)在聯(lián)系,明確產(chǎn)量形成“源”、“庫(kù)”性能的數(shù)量向質(zhì)量過(guò)渡規(guī)律,形成作物高產(chǎn)超高產(chǎn)理論體系。
(3)作物營(yíng)養(yǎng)高效平衡理論
作物必需的各種養(yǎng)分同等重要,相互不可替代,缺乏任何一種元素作物都不能正常生長(zhǎng)。作物產(chǎn)量受土壤中作物必需的某種有效養(yǎng)分含量相對(duì)最低的營(yíng)養(yǎng)元素控制。所有養(yǎng)分都最優(yōu),產(chǎn)量可達(dá)最高,缺少一種養(yǎng)分否定了其它所有養(yǎng)分的價(jià)值,產(chǎn)量損失。平衡施肥的原理是在土壤養(yǎng)分狀況評(píng)價(jià)和測(cè)土推薦施肥中,綜合考慮各大、中、微量營(yíng)養(yǎng)元素的缺素臨界指標(biāo),在提出作物施肥推薦時(shí),根據(jù)土壤測(cè)試和吸附試驗(yàn)結(jié)果、作物類型和產(chǎn)量目標(biāo)等確定各營(yíng)養(yǎng)元素的施肥量,形成一套完整的土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)和平衡施肥推薦技術(shù),促進(jìn)作物的增產(chǎn)增收。
?。?)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培技術(shù)
作物栽培重要的特點(diǎn)是基于理論指導(dǎo)和關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新,進(jìn)行技術(shù)集成與示范。經(jīng)過(guò)多年的研究,我國(guó)在不同的作物與不同的區(qū)域技術(shù)集成出了不同的技術(shù)模式,為各種作物的高產(chǎn)高效,增產(chǎn)增收起到了重要技術(shù)支撐作用。根據(jù)國(guó)家糧食豐產(chǎn)科技工程統(tǒng)計(jì),在東北、黃淮海與長(zhǎng)江中下游三大平原和玉米、小麥和水稻三大作物的豐產(chǎn)高效進(jìn)行了技術(shù)集成與創(chuàng)新研究,組裝出180套具有地方區(qū)域特色的栽培技術(shù)體系,其中在長(zhǎng)江中下游建立了湖南雙季稻、江西雙季稻、湖北雙單季稻、江蘇粳稻、四川盆地單季秈稻、安徽稻麥等豐產(chǎn)高效技術(shù)79套;黃淮海區(qū)域建立了河南。河北、山東冬小麥夏玉米周年豐產(chǎn)高效技術(shù)體系14套;在東北平原建立黑龍江、吉林、遼寧春玉米豐產(chǎn)高效技術(shù)體系35套。這些技術(shù)體系的集成為主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)能力的提升,確保糧食安全起到了積極的推動(dòng)作用。
?。?)作物精準(zhǔn)、簡(jiǎn)化、高效栽培技術(shù)
作物栽培定量化、精確化、數(shù)字化技術(shù)已成為作物生產(chǎn)和作物栽培科技發(fā)展的新方向。近年來(lái),我國(guó)開展了精確定量栽培、數(shù)字化農(nóng)作技術(shù)和作物生產(chǎn)信息化服務(wù)技術(shù)的研發(fā),在作物生產(chǎn)管理中正在發(fā)揮重要作用。玉米創(chuàng)新了以產(chǎn)量性能動(dòng)態(tài)為指導(dǎo),以耕層與冠層優(yōu)化為核心,構(gòu)建了東北春玉米縮株增密化控高產(chǎn)技術(shù)體系、黃淮海麥茬條深旋直播密植高產(chǎn)技術(shù)體系,西北地膜大小行密植高產(chǎn)技術(shù)體系。在水稻明了土壤供氮量、目標(biāo)產(chǎn)量需氮量與氮肥利用率3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的適宜值及確定方法,明確了基蘗肥與穗肥的精準(zhǔn)比例,以及穗肥高效施用葉齡期,率先提出氮肥后移技術(shù),并配套建立了以早擱田為特征的“淺、擱、濕”精確定量灌溉模式;進(jìn)而創(chuàng)立了“三定量”的原理與方法,構(gòu)建了“三適宜”為核心的水稻豐產(chǎn)精確定量栽培技術(shù)體系,使水稻生產(chǎn)管理“生育依模式、診斷有指標(biāo)、調(diào)控按規(guī)范、措施能定量”,促進(jìn)了我國(guó)水稻栽培技術(shù)由定性為主向精確定量的跨越。
(6)生態(tài)安全、環(huán)境友好型作物栽培技術(shù)
通過(guò)多種策略和技術(shù)途徑,科學(xué)合理保護(hù)、利用水肥資源,轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,集成農(nóng)田水肥一體精準(zhǔn)化管理技術(shù),探索出一條不犧牲糧食和環(huán)境資源代價(jià)之路,是實(shí)現(xiàn)作物栽培可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。近年來(lái),在科技支撐計(jì)劃支持下,開展了主要糧食作物豐產(chǎn)節(jié)水節(jié)肥技術(shù)集成與示范、玉米膜下滴灌節(jié)水高產(chǎn)高效技術(shù),主要糧食作物高產(chǎn)栽培與資源高效利用的基礎(chǔ)研究等研究工作,集成作物豐產(chǎn)節(jié)水栽培模式10余套,制定技術(shù)規(guī)程1套,實(shí)現(xiàn)節(jié)水10%以上,節(jié)肥15%以上,提高肥水利用效率18%左右,增效100多億元。
?。?)作物機(jī)械規(guī)?;a(chǎn)技術(shù)集成創(chuàng)新
實(shí)現(xiàn)作物生產(chǎn)規(guī)?;腿虣C(jī)械化,裝備研發(fā)農(nóng)業(yè)裝備數(shù)字化、智能化以及綠色制造等核心技術(shù),為糧食生產(chǎn)管理提供簡(jiǎn)便適用、節(jié)本節(jié)能、大面積應(yīng)用的機(jī)械化作業(yè)新機(jī)具及其配套技術(shù),是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)的重要措施,是作物栽培可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。近年來(lái),在玉米、水稻、小麥等主要糧食作物相繼開展了機(jī)械化技術(shù)研究,如玉米條深旋精量播種一體化保全苗技術(shù)、適應(yīng)玉米全程機(jī)械化作業(yè)的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)、超高產(chǎn)夏玉米機(jī)械化高質(zhì)量播種技術(shù)、油后中稻機(jī)播、機(jī)插配套技術(shù)體系研究、小麥、玉米周年壟作高產(chǎn)栽培技術(shù)等,集成機(jī)械化栽培技術(shù)多套,制定機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程。為推進(jìn)我國(guó)作物機(jī)械規(guī)?;a(chǎn)提供技術(shù)支撐。
2. 重大成果
超級(jí)稻高產(chǎn)栽培。2015年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所朱德峰研究員主持完成的“超級(jí)稻高產(chǎn)栽培關(guān)鍵技術(shù)及區(qū)域化集成應(yīng)用”榮獲2014年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)成果通過(guò)不同稻區(qū)、季別和類型的超級(jí)稻與普通水稻品種生長(zhǎng)特性及產(chǎn)量形成比較研究,揭示了超級(jí)稻品種高產(chǎn)生長(zhǎng)特性,明確了超級(jí)稻高產(chǎn)形成的共性規(guī)律;提出了超級(jí)稻高產(chǎn)生物學(xué)基礎(chǔ)是穩(wěn)定前期物質(zhì)生產(chǎn)量,提高拔節(jié)到抽穗及抽穗到成熟的物質(zhì)生產(chǎn)量;明確了群體足夠總穎花量是超級(jí)稻高產(chǎn)形成的庫(kù)容基礎(chǔ),研明了超級(jí)稻品種穗粒數(shù)與每穗一次枝梗數(shù)相關(guān)較小,而與每穗二次枝梗數(shù)相關(guān)密切,形成大穗主要依靠增加每穗二次枝梗數(shù),上述觀點(diǎn)的闡明為超級(jí)稻高產(chǎn)栽培促進(jìn)大穗形成提供了理論依據(jù)。2011-2013年本成果應(yīng)用面積達(dá)11891萬(wàn)畝,畝增產(chǎn)59.7公斤,增產(chǎn)稻谷640.0萬(wàn)噸,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效116.5億元,通過(guò)節(jié)本增效實(shí)現(xiàn)節(jié)支20.9億元,累計(jì)增效137.4億元。
玉米高產(chǎn)栽培。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物栽培與生理創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期開展玉米高產(chǎn)理論與技術(shù)研究,該團(tuán)隊(duì)研究出增密增穗、促控兩條線,培育高質(zhì)量抗倒群體,增加花后群體物質(zhì)生產(chǎn)與高效分配為核心的高產(chǎn)栽培技術(shù)路線。2013年9月26-29日,由新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)局和科技局組織,農(nóng)業(yè)部玉米專家組對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所與石河子大學(xué)、兵團(tuán)農(nóng)六師農(nóng)業(yè)局、農(nóng)四師農(nóng)業(yè)局、奇臺(tái)總場(chǎng)、71團(tuán)合作開展的玉米高產(chǎn)研究與示范田進(jìn)行了測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收。測(cè)產(chǎn)結(jié)果,設(shè)在奇臺(tái)總場(chǎng)八道灘社區(qū)一隊(duì)2斗3號(hào)地的30畝高產(chǎn)田,經(jīng)實(shí)打?qū)嵤眨渲凶罡叩?.3畝畝產(chǎn)達(dá)到1511.74公斤,再次刷新了全國(guó)玉米高產(chǎn)新紀(jì)錄,實(shí)現(xiàn)了單季畝產(chǎn)噸半糧的突破。
數(shù)字農(nóng)作。近兩年來(lái),在作物栽培方案的定量設(shè)計(jì)、作物生長(zhǎng)指標(biāo)的光譜監(jiān)測(cè)、作物生產(chǎn)力的模擬預(yù)測(cè),以及相關(guān)的軟、硬件產(chǎn)品研發(fā)等得了顯著的進(jìn)展,推動(dòng)我國(guó)數(shù)字農(nóng)作的發(fā)展。數(shù)字農(nóng)業(yè)測(cè)控關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品與系統(tǒng)研究在作物與環(huán)境信息傳感探測(cè)上,研究了農(nóng)作物個(gè)體生命信息無(wú)損監(jiān)測(cè)方法,研制了葉片/莖稈/果實(shí)等7種生命信息傳感器,開發(fā)了農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)、病害、水分脅迫等監(jiān)測(cè)技術(shù)產(chǎn)品和診斷系統(tǒng);提出了集光學(xué)傳感/農(nóng)學(xué)模型于一體的作物群體生物量/葉面積指數(shù)、氮素/水分營(yíng)養(yǎng)生理指標(biāo)的監(jiān)測(cè)方法,研制了小麥/水稻便攜式作物綜合長(zhǎng)勢(shì)信息測(cè)定儀,可實(shí)現(xiàn)作物群體長(zhǎng)勢(shì)信息的無(wú)損探測(cè)及診斷,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
?。ㄊ└鲗W(xué)與農(nóng)作制度
農(nóng)作制度也稱耕作制度,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本性制度,指一個(gè)地區(qū)或生產(chǎn)單位作物種植制度以及與之相適應(yīng)的養(yǎng)地制度的綜合技術(shù)體系,內(nèi)容包括熟制、作物布局、種植方式、輪連作等種植制度,以及土壤耕作、地力培育、農(nóng)田保護(hù)等養(yǎng)地制度。
耕作制度有很強(qiáng)的地域性,其形成與發(fā)展取決于自然環(huán)境條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)水平,以及人類對(duì)農(nóng)產(chǎn)品需要的變化。一個(gè)區(qū)域耕作制度合理與否,首先要看是否充分利用了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)資源與生產(chǎn)、技術(shù)條件,區(qū)域比較優(yōu)勢(shì)是否得到體現(xiàn);其次,是否最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益和農(nóng)民收入,滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求;第三,是否具有可持續(xù)發(fā)展能力,資源環(huán)境與生態(tài)能否保持良性循環(huán)。任何一個(gè)地區(qū),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境變化、生產(chǎn)條件和科技水平提高,耕作制度都需要不斷調(diào)整和優(yōu)化。
作物種植制度與養(yǎng)地制度是耕作制度(耕作學(xué))研究的重要內(nèi)容。作物種植制度包括一個(gè)地區(qū)作物組成、配置、熟制與種植方式等內(nèi)容,決定著區(qū)域農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)與布局、種植模式及生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益等,是促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的根本性措施和重要標(biāo)志。農(nóng)田養(yǎng)地制度是與種植制度相適應(yīng)的以地力培育及保護(hù)為中心的技術(shù)體系。農(nóng)田養(yǎng)地制度主要目的是為農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育提供所需的水、肥、氣、熱等生活因素,保證地力常新和作物持續(xù)高產(chǎn)。
1.研究進(jìn)展
(1) 作物高產(chǎn)高效耕作模式研究
高產(chǎn)高效耕作模式研究是農(nóng)作制度研究中一項(xiàng)重要內(nèi)容,對(duì)推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來(lái),科研人員對(duì)東北玉米高產(chǎn)高效耕作模式、東北水稻高產(chǎn)高效耕作模式、華北冬小麥-夏玉米輪作高產(chǎn)高效耕作模式、長(zhǎng)江中下游雙季稻高產(chǎn)高效耕作模式等進(jìn)行了大量的研究。研究?jī)?nèi)容主要包括作物大面積高產(chǎn)高效的關(guān)鍵限制因子,大面積增和水肥增效的耕作栽培技術(shù)途徑,以及耕作栽培對(duì)作物高產(chǎn)高效關(guān)系的協(xié)調(diào)機(jī)制等。
(2)農(nóng)田固碳減排研究
農(nóng)田固碳減排的動(dòng)態(tài)變化是全球的研究熱點(diǎn),它對(duì)于正確評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)對(duì)全球氣候變化的影響具有重要的意義。耕作措施是影響農(nóng)田固碳減排的重要因素,密圍繞作物物高產(chǎn)與資源高效、耕作措施溫室氣體排放以及作物高產(chǎn)與土壤增碳等農(nóng)作技術(shù)開展研究,積極探索作物生產(chǎn)系統(tǒng)低碳栽培耕作技術(shù)體系構(gòu)建和推廣應(yīng)用。目前,已經(jīng)形成機(jī)械化秸稈還田與保護(hù)性耕作固碳技術(shù)、保護(hù)性耕作的配套栽培技術(shù)、化肥減量施用技術(shù)、優(yōu)化灌溉技術(shù)等一系列成熟的技術(shù),推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展發(fā)展的轉(zhuǎn)變,障糧食安全、資源生態(tài)安全和增強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力。
(3)氣候變化對(duì)農(nóng)作制度的影響研究
氣候變化與氣候波動(dòng)對(duì)種植制度和作物生產(chǎn)的可能影響已經(jīng)引起了科學(xué)家的高度關(guān)注。近兩年,農(nóng)業(yè)科研人員對(duì)我國(guó)氣候變化背景下氣候變暖對(duì)我國(guó)多熟種植北界和糧食產(chǎn)量的影響、對(duì)中國(guó)冬小麥種植北界影響、對(duì)東北三省玉米種植界限和產(chǎn)量的影響研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究節(jié)水節(jié)肥農(nóng)作制、防災(zāi)減災(zāi)農(nóng)作制,以及基于氣候變化脆弱性和適應(yīng)性評(píng)估的農(nóng)作制應(yīng)對(duì)策略、種植制度調(diào)整優(yōu)化。
?。?)保護(hù)性耕作研究進(jìn)展
當(dāng)前國(guó)際上保護(hù)性耕作研究已經(jīng)從單項(xiàng)技術(shù)的研究上升為一項(xiàng)系統(tǒng)工程的研究,更加注重技術(shù)的集成和綜合應(yīng)用,逐步向保護(hù)性農(nóng)業(yè)的研究發(fā)展。具體變化趨勢(shì)如下:一是由以研制少免耕機(jī)具為主向農(nóng)藝農(nóng)機(jī)結(jié)合并突出農(nóng)藝措施的方向發(fā)展;二是由單純的土壤耕作技術(shù)向綜合性可持續(xù)技術(shù)方向發(fā)展;三是由單一作物、土壤耕作技術(shù)研究逐步向輪作、輪耕體系發(fā)展;四是由單純技術(shù)效益向長(zhǎng)期效應(yīng)及理論機(jī)制研究發(fā)展;五是由簡(jiǎn)單粗放技術(shù)逐步向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展;六是保護(hù)性耕作的環(huán)境效應(yīng)及其應(yīng)對(duì)氣候變化成為研究的熱點(diǎn)。
(5)熟制與種植方式
緊緊圍繞國(guó)家糧食安全與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè),針對(duì)不同區(qū)域特點(diǎn)和農(nóng)作制發(fā)展存在的問(wèn)題與需求,開展的作物高產(chǎn)高效耕作模式研究,取得了突出成果:一是雙季稻三熟區(qū)稻田多熟高效農(nóng)作制模式與配套技術(shù)。從穩(wěn)定南方雙季稻種植和開發(fā)利用南方冬閑田出發(fā),重點(diǎn)研究示范“早晚雙季超級(jí)稻—冬季作物”三熟制高產(chǎn)高效關(guān)鍵技術(shù)與配套技術(shù)體系,有效集成保護(hù)性耕作技術(shù)、土壤養(yǎng)分優(yōu)化管理技術(shù)、輕型栽培耕作技術(shù)、機(jī)械化作業(yè)技術(shù)等。二是麥-稻兩熟區(qū)高產(chǎn)高效及環(huán)保農(nóng)作制模式與配套技術(shù)研究。重點(diǎn)針對(duì)長(zhǎng)江下游麥稻兩熟區(qū)農(nóng)田集約化、專業(yè)化、規(guī)模化及環(huán)境污染嚴(yán)重等突出問(wèn)題,研究示范水稻—小麥全程機(jī)械化模式及周年高產(chǎn)技術(shù)、水稻—油菜和水稻—蔬菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)及機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)、集約農(nóng)田污染控制種植模式及關(guān)鍵技術(shù)。三是麥-玉兩熟區(qū)節(jié)本高效農(nóng)作制模式及配套技術(shù)研究。重點(diǎn)針對(duì)黃淮海平原小麥-玉米兩熟周年高產(chǎn)與水、肥資源高效利用關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究示范,有效集成品種優(yōu)化搭配、一體化水肥高效運(yùn)籌、全程機(jī)械化栽培管理及秸稈還田保護(hù)性耕作等技術(shù),建立小麥玉米一體化高產(chǎn)高效機(jī)械化生產(chǎn)模式與配套技術(shù)。四是華南地區(qū)多熟高效農(nóng)作制模式及配套技術(shù)研究與示范。針對(duì)華南地區(qū)外向型農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá),以及傳統(tǒng)雙季稻區(qū)冬春閑田多和長(zhǎng)期蔬菜產(chǎn)區(qū)夏閑田多等問(wèn)題,重點(diǎn)研究示范糧-菜輪作、糧食-香蕉輪作及冬閑田高效利用的多熟農(nóng)作制模式及關(guān)鍵技術(shù)。
2.重大成果
玉米高產(chǎn)高效耕作模式研究。最近幾年,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所張衛(wèi)建研究員主持開展了國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃(973項(xiàng)目) “春玉米密植高產(chǎn)與水熱高效的協(xié)調(diào)機(jī)制與途徑”的研究工作。研究團(tuán)隊(duì)在我國(guó)東北開展了一系列高產(chǎn)高效耕作栽培的區(qū)域聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)研究,明確了影響東北玉米大面積高產(chǎn)高效的關(guān)鍵限制因子,闡明了大面積增產(chǎn)15%和水肥增效20%的耕作栽培技術(shù)途徑,揭示了耕作栽培對(duì)密植群體地上地下關(guān)系的協(xié)調(diào)機(jī)制,取得了豐碩的研究成果,理論研究上,在國(guó)內(nèi)外核心期刊上發(fā)表了91篇論文,其中SCI/EI收錄26篇,并出版專著12部;技術(shù)途徑探索上,頒布了6項(xiàng)技術(shù)規(guī)程,獲得了2項(xiàng)發(fā)明專利,相關(guān)成果獲得省級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)5項(xiàng)。研制的“一增二改三防”(科學(xué)增加密度,改春整地為秋整地和夏深松,改“一炮轟”施肥為配方分次深施,構(gòu)建防倒防衰防病的健康群體)的耕作栽培模式,通過(guò)多年多點(diǎn)的大面積試驗(yàn)示范,取得了單產(chǎn)平均遞增18.6%、水熱增效18.6%、氮肥增效36.6%的顯著效果,新模式正在東北玉米主產(chǎn)區(qū)大面積推廣應(yīng)用。
2012年2月,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所李少昆主持的“玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)理論及技術(shù)體系研究與應(yīng)用”項(xiàng)目,榮獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)項(xiàng)目構(gòu)建了玉米產(chǎn)量差(潛力)模型,明確了我國(guó)主要生態(tài)區(qū)玉米高產(chǎn)潛力突破和大面積高產(chǎn)高效生產(chǎn)的主要制約因素及技術(shù)優(yōu)先序,提出了增穗、增加花后物質(zhì)生產(chǎn)與高效分配的高產(chǎn)突破途徑與關(guān)鍵技術(shù),建立了13套適應(yīng)不同生態(tài)區(qū)域的玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)技術(shù)體系,發(fā)布實(shí)施地方標(biāo)準(zhǔn)9部,10項(xiàng)技術(shù)模式被遴選為農(nóng)業(yè)部主推技術(shù),創(chuàng)造了一批玉米高產(chǎn)紀(jì)錄。
小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)綜合技術(shù)集成模式。中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所承擔(dān)的“小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)綜合技術(shù)集成與高效生產(chǎn)模式研究”項(xiàng)目取得顯著成果?!靶←渻?yōu)質(zhì)高產(chǎn)綜合技術(shù)集成與高效生產(chǎn)模式研究”分別在山東、河南、河北、江蘇和安徽等地建立示范片15個(gè),其中萬(wàn)畝區(qū)1個(gè)、千畝片4個(gè)、百畝方10個(gè),集成示范中國(guó)農(nóng)科院相關(guān)研究所研發(fā)的新品種、新肥料、新技術(shù)等一系列科研成果。新鄉(xiāng)市延津縣和新鄉(xiāng)縣的兩個(gè)千畝片,通過(guò)將優(yōu)良品種“輪選988”和“中麥895”與新型肥料、測(cè)土配方施肥、節(jié)水栽培、墑情監(jiān)測(cè)、病蟲草害綜合防治等技術(shù)成果集成應(yīng)用,取得了良好的增產(chǎn)效果。經(jīng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)管理部門測(cè)產(chǎn),兩個(gè)示范片平均畝產(chǎn)分別為629.2公斤和600.2公斤,預(yù)計(jì)增產(chǎn)10%以上。
麥茬夏大豆免耕覆秸精量播種技術(shù)。近年來(lái),中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所開發(fā)了“麥茬免耕覆秸精量播種技術(shù)”?!胞湶缑飧步站坎シN技術(shù)”是黃淮海夏大豆綠色增產(chǎn)增效技術(shù)模式示范的首要核心技術(shù)。該技術(shù)及其機(jī)具由國(guó)家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專家歷經(jīng)8年的探索研究和聯(lián)合攻關(guān)研發(fā)成功,有效解決了長(zhǎng)期困擾黃淮海地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的麥秸處理難題,不僅帶來(lái)了顯著的生態(tài)社會(huì)效益,而且產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。研究表明,應(yīng)用該技術(shù)可產(chǎn)生蓄水保墑、減少化肥與農(nóng)藥用量、培肥土壤的作用,實(shí)現(xiàn)苗早、苗齊、苗勻、苗壯,同時(shí)由于該技術(shù)一次作業(yè)即可完成全部作業(yè)環(huán)節(jié),大幅度減少了人工和動(dòng)力投入,大豆種植效益明顯提高。據(jù)測(cè)算,應(yīng)用該技術(shù)可使大豆畝均增產(chǎn)15-20公斤,增效70-140元。從2012年起,該技術(shù)被農(nóng)業(yè)部推介為主推技術(shù),在山東、河南、河北、江蘇、安徽等夏大豆主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行全面示范推廣。
節(jié)能減排稻作模式及豐產(chǎn)栽培技術(shù)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所主持的“江淮稻區(qū)節(jié)能減排稻作模式及豐產(chǎn)栽培技術(shù)研究與示范”課題取得重要進(jìn)展。課題團(tuán)隊(duì)集成創(chuàng)新耕作模式與栽培技術(shù),初步形成了以秸稈覆蓋全量還田、土壤條帶旋耕、機(jī)械化旱直播、化肥定位深施、浸潤(rùn)灌溉和病蟲草害綜合防治為關(guān)鍵技術(shù)的耕作栽培技術(shù)體系,研制成功了秸稈全量還田下稻田少耕、旱直播和深施肥的一體化作業(yè)及配套開溝機(jī)具2套;新型耕作模式下,水稻根系健壯,抗倒防衰;水稻畝產(chǎn)550-600公斤,與當(dāng)?shù)爻R?guī)高產(chǎn)稻作模式的單產(chǎn)持平,但節(jié)能20%以上,節(jié)本60-100元/畝,CH4的理論減排量30%以上。
三、學(xué)科發(fā)展的基本特點(diǎn)
基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科是認(rèn)識(shí)與農(nóng)業(yè)有關(guān)的自然現(xiàn)象、揭示農(nóng)業(yè)客觀規(guī)律及其原理,研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中的自然現(xiàn)象及其現(xiàn)象本質(zhì)的學(xué)科。其目的是為充分開發(fā)利用和保護(hù)農(nóng)業(yè)自然資源,協(xié)調(diào)作物與環(huán)境之間的關(guān)系,防止有害生物和不良環(huán)境對(duì)農(nóng)業(yè)的破壞,以期獲得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最佳組合,提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)及其生產(chǎn)效率,促進(jìn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全農(nóng)業(yè)的發(fā)展,有效保障國(guó)家食物安全、生態(tài)安全,持續(xù)增加農(nóng)民收入,提高農(nóng)產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科概念是一個(gè)綜合、動(dòng)態(tài)、發(fā)展的概念,隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,在不同歷史時(shí)期有著不同的內(nèi)涵。人類生產(chǎn)、生活實(shí)踐,催生了基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)的形成與發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的孕育興起,一些重要科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)、核心技術(shù)呈現(xiàn)出革命性突破的先兆,帶動(dòng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)交叉融合、綜合發(fā)展,變革突破的能量正在不斷積累,成為推動(dòng)基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)創(chuàng)新發(fā)展的強(qiáng)大潛力?;A(chǔ)科學(xué)對(duì)基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)滲透日趨明顯,不斷產(chǎn)生新的邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科和綜合學(xué)科,帶動(dòng)了基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科的快速進(jìn)展;同時(shí),基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)研究與農(nóng)業(yè)科技和生產(chǎn)結(jié)合越來(lái)越密切,正在走向一體化、集成化和綜合化,加速了農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展和新興產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)研究向微觀和宏觀兩個(gè)方向發(fā)展,既結(jié)合又促進(jìn),加快了科研進(jìn)展與突破;基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)研究借助現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)工具和理論方法,實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)研究手段的現(xiàn)代化;基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)研究國(guó)際間競(jìng)爭(zhēng)與合作、交流與限制并存,形成了十分復(fù)雜的態(tài)勢(shì)。隨著基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)研究驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展及其成果轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化與推廣,必將在新一輪科技革命浪潮中為解決全球人口高峰期的食物安全問(wèn)題做出重要貢獻(xiàn)。
四、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和展望
目前,隨著我國(guó)基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科及分支學(xué)科(領(lǐng)域)的快速發(fā)展,已初步形成了門類比較齊全的學(xué)科體系,并產(chǎn)生了相關(guān)的新理論、新方法、新技術(shù),涌現(xiàn)出一些新思路、新觀點(diǎn)、新亮點(diǎn),在一些領(lǐng)域接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。但是,從基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科研究整體水平來(lái)看,我國(guó)同歐美發(fā)達(dá)國(guó)家比較還有較大差距。
面向未來(lái),我國(guó)基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科呈現(xiàn)出新的快速驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展之勢(shì),其主要表現(xiàn):作為社會(huì)基礎(chǔ)性、公益性事業(yè),國(guó)家公共財(cái)政投入大幅增加;微觀與宏觀研究結(jié)合,加快了科研進(jìn)展與新的突破;現(xiàn)代生物技術(shù)、信息化技術(shù)等將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新的生長(zhǎng)點(diǎn);研究成果轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化與推廣速度明顯提升,推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展;國(guó)際間的合作與交流進(jìn)一步得到加強(qiáng)等。
我們要在“自主創(chuàng)新,重點(diǎn)跨越,支撐發(fā)展,引領(lǐng)未來(lái)”方針指引下,通過(guò)深化科研體制改革,培養(yǎng)精干、高效的創(chuàng)新隊(duì)伍,加快重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和基地平臺(tái)建設(shè),積極推進(jìn)國(guó)際間雙邊和多邊的交流與合作,創(chuàng)造有利于基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)研究持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的社會(huì)環(huán)境等政策措施,實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展,為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
撰稿人:許世衛(wèi)、鄒瑞蒼、信乃詮、周向陽(yáng)
[1]文中所引資料來(lái)自于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院各所網(wǎng)站、科技部網(wǎng)站以及相關(guān)機(jī)構(gòu)網(wǎng)站。

