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重要研究进展

发布时间:2022-10-05 22:08    浏览次数:
(一)“优质、简约、熟期配套”桃种质创制和新品种培育,破解卡脖子难题
河南是我国最主要桃产区之一,面积和产量居全国第二位。种子是农业的“芯片”,而桃优良品种是桃产业的“芯片”,是有效解决桃产业发展“卡脖子”问题的关键。针对我国桃品种结构不合理、树体管理成本高和育种效率低的“卡脖子”问题,桃生物学与种质创新团队以桃种资源收集和评价为基础,以树型等性状的基础研究为突破口,以桃分子育种技术体系创建为特色,首次组装了半矮生桃‘中油桃14号’高质量基因组,解析了PpTIP2是桃半矮生性状形成的关键基因;利用矮生桃资源揭示了PpGID1c基因功能丧失导致桃树体矮生的分子机理,为桃树型改良提供了优异基因资源。研究结果分别于2022年和2019年发表在国际著名学术期刊《Plant Biotechnology Journal》上。开发和收集了功能性分子标记11个,创建了桃表型和基因型数据库为基础的桃育种决策系统,实现了桃杂交育种亲本精准选配和杂交子代规模及表型预测。培育出早中晚熟系列桃新品种10个和具有半矮生特性的新种质10余个,在河南、山东、陕西等桃主产区大面积推广应用,为桃品种更新换代、产业提质增效和农民增收致富发挥了重要作用,经济、社会和生态效益显著。
(二)园艺作物病害田间快速可视化检测研究领域取得重要成果
苹果作为一种重要的经济水果。中国苹果种植面积和产量都稳居世界第一,但是大多数苹果园正遭受严重的病毒病危害。果树病毒病多为复合感染,并且无法通过有效的药剂治愈,只能通过脱毒苗木推广,并及时检测进行防控。目前果树病毒检测方法主要通过RT-PCR或RT-qPCR技术,耗时较长,操作繁琐,需要复杂昂贵的仪器。现有的诊断性检测方法极大地限制了实验室以外的应用,因此在果树种植和苗木生产中迫切需要一种适合田间快速简易的病毒检测方法。采用CRISPR/Cas12a核苷酸检测技术实现了苹果主要病毒病的田间快速可视化检测,研究成果于2020年9月4日在《植物生物技术杂志》上发表。该方法可以检测到反应体系中最低25个病毒粒子,步骤简单,流程耗时短,可以快速确认感染病毒的苹果植株或筛选无病毒的苗木。此外,在园艺作物重要病原微生物快速检测方面也取得重要进展,开发了一个新型CRISPR/LbCas12a突变体蛋白,比现有商品化LbCas12a蛋白具有更强的活性和更广泛的PAM序列适应性。借助此突变体蛋白并整合一套生物信息学分析流程,能够方便快捷的设计病原微生物的检测靶标位点,实现对检疫性病原物(苹果火疫病、西瓜细菌果斑病病原菌等)的田间可视化快速检测。
(三)挖掘优异基因助力西甜瓜新品种选育,奋斗甜蜜事业结累累硕果
河南省是全国瓜类作物种植面积大省,也是我国西甜瓜优势主产区,栽培面积以及产量一直位居全国前列,但是我省瓜类作物现代生物育种水平落后、创新型种质缺乏、优质品种难以满足生产和市场需求。针对这些瓶颈问题,瓜类作物种质创新与分子育种团队收集国内外种质资源1000余份,鉴定到控制株型、品质和抗逆优异基因10余个,构建了国内首个西瓜液相SNP芯片,建立了株型和品质等重要性状的高效分子育种体系,已申请授权国家发明专利10余项;利用分子育种技术,实现了骨干材料的精准定向改良,创制了多份重要新种质,选育出以彩虹西瓜为代表的突破性新品种,引领了国内高端优质品种市场,还有优质多样化的多个品种如国豫二号,华之秀冰糖,黄妃,新机遇,绿之秀,豫甜蜜等西甜瓜品种29个,这些新品种满足了市场的新需求新变化,为我省西甜瓜产业升级和提质增效做出了重要贡献,目前已在省内外大面积推广和种植,累计推广面积87万多亩,产生经济效益26多亿元。
(四)番茄抗病机理研究和抗病虫种质创制,破解卡脖子难题
番茄种植面积大,生产上常会受到多种病害的侵染,目前有40多种番茄病害制约番茄的生产,虽然目前番茄中克隆和鉴定了很多的抗病基因,但新病害和新的生理小种的频繁出现,使抗病育种一直是番茄育种中的重要目标性状。尤其是番茄褐色皱纹果病毒病、番茄黄化曲叶病毒病、番茄褪绿病毒病、灰叶斑病、青枯病等给番茄产业造成了严重损失。针对河南省优质、抗病新种质匮乏的“瓶颈”问题,茄科抗病抗逆与种质创制创新团队取得以下研究成果:(1)鉴定出一批抗病(抗晚疫病、抗叶霉病、抗黄化曲叶病毒、抗根结线虫、抗斑萎病等)、抗逆(耐盐)、优质(高Vc、高可溶性固形物)的遗传种质资源200余份,以17-470和17-400为背景筛选到携带10种抗病基因的超级抗病材料;定位或克隆了抗病、株型等重要农艺性状的基因或者QTL位点15个;利用基因编辑技术敲除SlHDZIP8下游靶基因的,使番茄表皮毛增多,获得了较好抗虫种质。(2)成功应用于分子标记辅助育种的抗病标记有11个,利用这些标记选育了一系列番茄品种,有2个品种通过省级鉴定。(3)筛选出参与马铃薯晚疫病、马铃薯黑胫病、番茄灰霉病的数个感病基因,为感病基因的进一步利用奠定了研究基础。团队近五年先后获得国家自然基金项目4项,省部级项目11项,发表论文16篇,获得专利和软件著作权共6件。
(五)全方位综合调控,解决设施土壤连作难题
针对设施土壤盐渍化、疫霉和枯萎等土传病害问题,研究应用有益根际促生菌调节土壤微生态和减肥减药绿色可持续生产技术,筛选获得包括多粘类芽孢杆菌HG15-7在内的11株有益细菌,并分析了其相关功能机制,研发了功能微生物育苗基质和生物菌肥,获得发明专利2项,在《园艺学报》、《中国蔬菜》等学术期刊发表相关论文多篇。针对设施土壤污染问题,研究光质调节和外源活性物质应用技术,发现红蓝光调控黄瓜镉胁迫响应,利用适宜的红蓝光配比和夜间补光技术可调节设施蔬菜镉污染,研究结果发表在Journal of Hazardous Materials(中科院一区Top,影响因子10.588);另外,研究发现外源褪黑素处理有效提高番茄抗氧化能力,缓解铜胁迫对番茄生长的影响,相关研究结果发表在学术期刊Antioxidants(影响因子6.313);针对设施土壤多环芳烃菲污染和铁缺乏导致黄瓜光合作用降低和品质下降问题,发现菲毒和缺铁均影响黄瓜内源γ-氨基丁酸(GABA)合成,外源GABA处理分别通过谷胱甘肽和生长素信号缓解菲毒和缺铁胁迫,两篇论文在Ecotoxicology and Environmental Safety(JCR 1区,影响因子6.291)学术期刊上发表。
(六)高效利用模式,引领设施蔬菜精准化栽培
河南是全国重要的设施蔬菜生产基地,本团队针对生产上存在灌水施肥多、重化肥轻有机肥,导致了水肥浪费和土壤环境退化的问题,以实现设施蔬菜优质高效栽培和可持续发展为目标,开展了设施蔬菜水肥高效利用技术研究。明确了河南主要设施番茄、黄瓜不同茬次水分的蒸散规律和矿质营养吸收特点,提出了两种果菜水肥一体化栽培的关键技术参数,制定了相关栽培技术规范,在全省推广10余万亩。研发出的微孔膜节能水肥一体技术,入选“十三五国家重大研发计划-设施蔬菜面源污染综合防控技术示范”项目在黄淮海地区示范推广,平均节水40%、节肥30%,节水节肥效果显著;针对无土栽培采用混合营养液栽培存在营养液定期报废的问题,初步探索了单盐分根区联合供液对营养液膜栽培黄瓜、番茄生长及矿质营养吸收的影响、对单盐营养液成分变化的影响,水肥利用率达80%以上。研发出经济型营养液膜无土栽培设备和智能水肥控制系统、集成了以碳化花生壳为主要原料的设施番茄、西瓜栽培基质技术,研究成果被企业承接,引领我省设施果菜营养液膜无土栽培进入实用推广阶段,为我省丰富花生壳资源的高效利用探索了新的途径。团队成员参与的研究成果分别获得河南省科技进步二等奖4项、教育厅科技成果二等奖3项、河南省农牧渔业丰收奖(合作奖)1项。在《农业工程学报》、《American Journal of Biochemistry and Biotechnology》等刊物发表论文50余篇,授权国家专利4项,主持、参与起草河南省地方标准4项。
(七)蔬菜种苗“生态高效优质”工厂化培育关键技术研发
蔬菜是我国重要的经济作物,优质种苗是蔬菜优质丰产的基础保障,工厂化育苗是蔬菜产业现代化的先导。针对传统蔬菜育苗存在的效率低、能耗高和质量参差不齐等问题,蔬菜种苗发育调控及工厂化繁育团队在探究环境条件对种苗生长发育影响的基础上,分别从光照、温度和基质营养调控等方面为切入点,取得了以下方面的研究成果:①研发了幼苗冠层微环境和根际微环境精准调控的装置和方法;②创新了以光调控为核心的“促根速愈”高效嫁接育苗技术体系;③开创了夏季高山适地育苗的新途径,建立了低能耗免激素的生态壮苗培育技术体系;④确定了适宜大宗农林废弃物基质化发酵的工艺参数,研发了育苗基质专用营养液、控缓释肥和功能性菌剂,创建了以促根壮秧为核心的基质育苗技术体系。各项研究成果形成了技术规范或规程,授权发明专利4项、新型实用专利2项,制定发布省级地方标准3项。在省内十余个市县的30多家育苗基地推广应用后,提高农业废弃资源基质转化率20%,降低育苗能耗35%,节约化肥40%以上,提高了嫁接育苗效率,实现了激素的零使用,种苗壮苗率提高15%以上。
(八)立足产业需求,联合攻关,建设实践基地,加强“产学研”合作
近年来,茶学团队践行习总书记的“统筹做好茶文化、茶产业、茶科技这篇大文章”,围绕河南茶区茶产业区域经济发展的特点与需求,深入开展基础研究和产学研合作。茶学系教师近十年来主持的项目共计23项,其中国家级自然科学基金青年基金1项,省部级项目9项,厅级项目3项,校级项目10项。团队成员于2021年获批国家自然科学基金青年基金项目,实现我校茶学专业自2009年成立以来的国家自然基金项目零的突破。同时,团队成员积极参编普通高等教育茶学专业规划教材和茶文化丛书等,共计14.4万字。授权1项实用新型专利,制定1项河南省地方标准。紧紧围绕科技助推现代农业发展的目标,促进茶产业技术的升级,团队6名教师参加了国家乡村振兴重点帮扶县科技特派团,定点支援陕西省紫阳县;2名教师参加了河南省科技特派员项目,1人是河南省经济作物茶叶专家指导组成员。开发出了高品质的黑茶,填补了河南茶产业的空白。创建了茶产业技术创新联盟等推广服务载体,构建了“政府引导、高校支撑、联盟推动、龙头示范”的技术推广机制,探索出了一条高校创新源头和基层推广力量有机结合的推广新模式,有效地推动了茶产业健康持续发展,建成多个教学科研实习基地。