生物质作为可再生的碳源,其有效开发利用对我国碳达峰与碳中和目标的实现至关重要.我国生物质资源丰富多样,然而生物质能资源的定量评估研究较少,存在较大不确定性.我国生物质资源到底有多大,未来能源利用开发潜力有多少,一直是人们关注的焦点.本文构建了基于不同类别的生物质资源量综合核算模型,基于2001-2019年数据,分析了我国生物质资源量时空分布特征,并采用ARIMA模型模拟预测了我国未来生物质资源量及能源开发利用潜力.结果表明,我国生物质资源量和能源开发利用潜力,以年均约3％的增长率,从2001年的17.64和10.91 EJ,分别增加至2019年的30.59和18.08 EJ.我国生物质资源主要来自农林业废弃物和粪便(78.5％),且大西南、黄河中游、长江中游综合经济区的生物质资源量占比较高(50.3％).具体到各省份,河南、山东、广西、四川省生物质资源尤为丰富,占总生物质资源量的25.8％.未来伴随我国人口、粮食产量、畜牧业发展和造林面积的增加以及城镇化的推进,我国生物质资源量和能源开发利用潜力将不断增加,到2030年我国生物质资源量与能源开发利用潜力将增至38.17与22.46 EJ,到2060年将增至66.19与38.85 EJ,转化为生物质清洁能源产品的开发潜力巨大.本研究成果可推动我国生物质能源可持续发展,为我国清洁低碳能源资源普查和信息平台建立提供数据支撑.

玉米是重要的粮食和饲料作物,为畜禽提供必需的代谢能和营养物质,饲料的营养价值与蛋白质及氨基酸组成比例密切相关.玉米籽粒蛋白质中氨基酸组成不平衡,添加豆粕可以补充玉米中缺乏的赖氨酸和色氨酸.然而,含硫氨基酸(半胱氨酸和蛋氨酸)也是大豆中的限制性氨基酸,其中蛋氨酸直接影响畜禽的机体蛋白质合成速率,进而影响肉蛋奶的产量.因此,提高玉米含硫氨基酸特别是蛋氨酸含量对畜牧业发展意义重大.我国玉米种质资源中缺乏高蛋氨酸种质,且育种进程缓慢.近年来,随着人们对植物硫元素的吸收和转运机制的深入研究,初步构建了含硫氨基酸代谢调控网络.本研究概括了近年来关于提高作物含硫氨基酸代谢机制的研究结果,提出将群体遗传学、比较基因组学及分子生物学相结合挖掘候选基因的新策略,并利用现代生物育种技术提高玉米籽粒蛋氨酸含量,为优质蛋白玉米遗传改良提供参考.

我国盐碱地分布广、面积大,是重要的后备耕地资源、粮食增产的"潜在粮仓".挖掘负调控大豆耐混合盐碱性的基因,通过基因敲除创制耐混合盐碱大豆新品种,是合理开发利用盐碱地,提高我国大豆产量的有效途径之一.课题组前期筛选到1个混合盐碱胁迫下调表达的基因Glyma.02g271000(GmDUF247-1).其编码的GmDUF247-1蛋白包含1个DUF247结构域和1个跨膜结构域,利用烟草叶片瞬时表达发现GmDUF247-1-GFP融合蛋白定位在细胞膜上.荧光定量PCR显示,GmDUF247-1基因在大豆根中表达量最高,在混合盐碱处理下显著下调.为研究GmDUF247-1在大豆混合盐碱胁迫下的功能,利用大豆毛状根系统过表达GmDUF247-1基因,发现混合盐碱胁迫处理后,GmDUF247-1过表达大豆毛状根复合植株叶片萎蔫程度明显高于空载体对照,存活率、根长和株高显著低于对照.对GmDUF247-1基因在大豆自然群体中的单倍型分析发现,其启动子区有8个SNPs和4个InDels,可能导致与逆境应答和生长发育相关的转录因子识别元件序列发生改变;CDS区存在3种单倍型,GmDUF247-1H1基因型受到了明显的人工选择.本研究初步明确了 GmDUF247-1基因负调控大豆混合耐盐碱性,为系统研究GmDUF247-1基因功能和育种利用奠定了研究基础.

大豆作为重要的粮食作物和油料作物,在人类生产生活中扮演着十分重要的角色.近年来国内大豆供给孱弱,对外依存度过高,使国内大豆市场受到严重冲击,并给国家粮食安全带来一定隐患,因此培育优质高产的大豆品种是当前国内大豆育种的重要目标.目前,大豆中一批控制重要性状的关键基因已经被克隆和解析,为开展分子设计育种提供了重要的理论支撑.传统育种周期长、效率较低,基因编辑技术为生物育种提供了新的途径和工具,可以加速育种进程.以CRISPR/Cas9技术为代表的基因编辑技术已经快速发展成为大豆基因功能研究、改造及农艺性状遗传改良的重要工具.本文介绍了基因编辑技术的类型、特点及其在植物中的应用概况,并综述了其在大豆产量、品质、抗病、抗逆、开花期、共生固氮和育性等农艺性状研究中的最新研究进展,为开展大豆基因编辑育种提供了一定的依据和借鉴.此外,本文还探讨了基因编辑技术在大豆遗传改良中存在的问题,并对其应用前景进行了展望.

媒介昆虫可传播寄生虫和病毒,如疟原虫、寨卡病毒和登革热病毒等,每年在全球范围内造成重大的经济损失与人员伤亡.农业害虫则每年造成农作物产量的重大损失,严重威胁着全球粮食安全.然而,目前基于化学防治等手段已不足以完全控制害虫的发生与危害.同时,使用化学农药会导致抗性产生,造成环境污染和农药残留等.因此,生产上亟需开发新型害虫控制策略.近年来,随着基因组测序技术和基因编辑技术的发展,针对目标害虫种群及其特定靶标基因的遗传控制技术迅速发展.相比传统的有害生物防控手段如化学防治等,害虫遗传控制策略具有物种特异性、环境友好和防控高效等优势.本文主要综述了研究较为广泛的几种害虫遗传控制技术,包括昆虫不育技术(sterile insect technique,SIT)、昆虫显性致死释放(release of insects carrying a dominant lethal,RIDL)技术以及基因驱动(gene drive,GD)技术等的研究现状与应用案例.最后,我们对害虫遗传控制技术研究及其在农业害虫防治中的应用做出了几点展望:(1)建立稳定高效的遗传操作体系;(2)鉴定生殖细胞或其他组织中高效的启动子,以提高基因编辑或基因转化的效率;(3)解析害虫性别决定通路和挖掘参与害虫生殖发育的关键基因.

水稻(Oryza sativa)穗部性状与产量直接相关,其相关基因的挖掘与功能解析对于保障国家粮食安全意义重大.以籼稻华占(HZ)和粳稻热研2号(Nekken2)及构建的120个重组自交系(RILs)为实验材料,测定了穗长、每穗粒数、结实率、柱头外露率及一次枝梗数等穗部性状.结合高密度分子遗传图谱进行QTL定位,结果共检测到31个QTLs,分别位于第1、2、3、4、5、6、10和11号染色体上,其中2个位点的LOD值分别高达5.45与5.28.通过分析筛选QTL区间内可能影响穗部性状的相关基因,并利用qRT-PCR进行基因表达检测,发现LOC_Os05g05490、LOC_Os05g06150、LOC_Os03g11700、LOC_Os03g12430、LOC_Os05g28720、LOC_Os05g30890、LOC_Os05g31740和LOC_Os02g17880在双亲间的表达水平差异显著.其中,前5个基因编码三角状五肽重复蛋白,而后3个基因编码糖基转移酶.研究挖掘到31个与穗部性状相关的QTLs,为进一步定位和克隆相关基因,从而选育高产水稻新品种奠定理论基础.

全球气候变化和人口激增背景下,灌溉和施肥成为保证粮食产量的重要途径,同时也深刻改变着陆地生态系统水循环、能量流动和物质循环过程.在陆面过程模型(LSM)中耦合灌溉和施肥方案对清晰把握陆-气相互作用、保障全球粮食安全有重要意义.本文分别回顾了灌溉和施肥(氮肥)在LSM参数化过程中的3个关键参量(方式、用量和时间)的表达方法,指出了当前受到灌溉和施肥关键参量高时空分辨率数据匮乏的影响,LSM中的灌溉和施肥方案与实际农业生产方式有所偏离,难以充分反映灌溉和施肥对粮食产量、生态环境和局部气候的影响.最后,提出了 LSM中灌溉和施肥方案的未来优化方向:1)考虑作物间的水分需求差异,对灌溉阈值进行差异化设置,正确评估不同作物的水资源消耗总量和强度;2)充分利用施肥灌溉的地面观测记录和日益丰富的区域格网数据,发展更加贴合实际农业操作的参数化方案,准确揭示灌溉和施肥的经济、生态和气候等效应;3)综合作物类型、物候阶段、土壤基础肥力等因素,发展施肥诊断方案作为模型的补充方案,提升模型在氮肥数据匮乏地区的应用性和模拟准确性.

为筛选出高产且适用于粮食安全生产的镉低积累水稻品种,本研究以18个早、中、晚熟稻品种为供试材料,比较了不同品种水稻在中轻度镉污染农田的生长情况以及对镉吸收、积累差异,并通过综合定量评价方法进行评估.结果表明:根据综合定量筛选评价方法将糙米镉浓度、稻谷产量、转运系数和秸秆积累量作为评价指标并赋予不同权重,通过计算综合得分筛选出的高产且镉低积累水稻品种有JR-9(沪香粳106)、JR-2(沪早香软1号)、JR-7(8333)、JR-15(宝农34)和JR-8(南梗9108);品种JR-8水稻产量最高,品种JR-9、JR-7和JR-15水稻产量均显著高于其他品种;不同水稻品种的稻米镉含量差异较大,JR-9、JR-15、JR-7稻米镉含量显著低于其他水稻品种;品种JR-2转运系数最低,更多的镉保留在秸秆中,表现出最高的秸秆积累量,最终成为候选品种.本研究采用的综合定量评价方法可对高产、低Cd的水稻品种进行科学评价,并初步筛选了 5个适用于中轻度Cd污染农田推广的Cd低积累水稻品种,其稻米Cd含量达到国家粮食安全限量标准.

稻巨座壳引起的稻瘟病是一种重要的农作物真菌病害,该病害的发生和流行限制了水稻的产量,威胁全球粮食安全.细胞凋亡和自噬在稻巨座壳的致病性中起重要作用,抗细胞凋亡的存活因子 Svf1 在禾谷镰刀菌和核盘菌中被报道与致病力相关,但是其在稻巨座壳中的详细功能却并未见报道.本研究对MoSvf1进行序列分析,发现Svf1在真菌中高度保守.对其进行基因敲除并观察表型,发现 Mosvf1 突变体菌落生长减慢,菌丝形态异常,但其产孢量相比野生型有显著性增多.说明MoSvf1 正调控稻巨座壳的营养生长,负调控孢子的形成.Mosvf1 突变体的附着胞形成和致病力无可见缺陷.为进一步完善MoSvf1 的互作调控网络,我们通过IP-MS的方法鉴定MoSvf1 的互作蛋白,发现其中包含多个与胞内信号传导及细胞凋亡有关的蛋白.对 MoSvf1 互作蛋白的分析有助于进一步揭示MoSvf1 的调控模式和作用途径,为阐明稻巨座壳的生长和凋亡打下重要基础.

目的:分析 2021 年云南省维西傈僳族自治县中药材生产现状和种植特点,更好地服务当地中药材产业发展,推进乡村振兴.方法:通过实地调研,分析县域中药材生产现状和存在的问题,利用统计学和地理信息学方法,从多角度分析维西傈僳族自治县中药材的种植情况.结果:云南省维西傈僳族自治县中药材生产整体渐成规模,主产中药材优势十分突出;经营主体辐射强,品牌打造初显成效;配套政策措施较为齐全,营商环境良好.2019-2021 年,全县中药材年种植面积均为 0.66 万hm2 左右,约占农作物种植总面积的 19%,仅次于粮食作物,居第二位.中药材加工产品年产量为 0.40 万～0.45 万t,年总加工产值为 0.76 亿～0.86 亿元.全县中药材种植面积在空间上差异明显,整体呈现"南多北少"的特征,种植区域主要集中在中南部的白济汛乡、永春乡、中路乡、保和镇,占全县的 63.83%.种植面积排前四位的药材为木香、秦艽、附子和当归,在不同乡镇的种植结构差异很大.其中,木香在 10 个乡镇中均有种植,除永春乡和塔城乡外,木香种植面积在主产药材中占比超过 50%.中药材生产存在生态种植规模不大、与粮争地矛盾突出、技术水平有限、加工能力不足等问题.结论:云南省维西傈僳族自治县中药材产业基础扎实、发展态势良好,建议发挥绿色优势、加大中药材生态种植模式的推广力度、配套加工设施设备,进一步提高中药材加工技术水平.