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杂交水稻国家重点实验室(湖南杂交水稻研究中心、武汉大学)

杂交水稻国家重点实验室于2011年10月13日获得国家科技部正式批准,由湖南杂交水稻研究中心和武汉大学共建。主管部门为湖南省科技厅与教育部。杂交水稻国家重点实验室针对目前杂交水稻可持续发展中的若干重大科学问题开展创新性研究,为我国粮食可持续增产,保障我国粮食安全提供理论基础和技术支撑。

杂交水稻国家重点实验室的组建是适应国际粮食安全新形势,立足我国杂交水稻研究实际情况,面向国家中长期科技发展需求所实施的一项重大战略举措,对于增强我国杂交水稻研究的原始创新能力,持续保持我国杂交水稻基础理论与应用研究的领先地位,提升国际竞争力,确保国家粮食安全具有重大意义。该实验室主要依托单位湖南杂交水稻研究中心始终坚持以“理论技术产品产业”为导向,健全了杂交水稻学科,形成了一批原创性的基础理论成果和应用成果,引领了杂交水稻产业的发展,为我国粮食安全做出了重大贡献。

实验室依托单位湖南杂交水稻研究中心与武汉大学合作紧密、共建优势突出。湖南杂交水稻研究中心袁隆平院士和武汉大学朱英国院士十分认同双方在学科、研究方向、研究条件、人才队伍等方面的互补性,一致认为双方联合共建杂交水稻重点实验室更利于整合科技资源,提升整体科研能力。

实验室将围绕杂交水稻持续增产这一主题,从水稻杂种优势机理、水稻发育与育性机理、杂交水稻种质创新与基因发掘、超级杂交稻育种、杂交水稻繁育与种子学、杂交水稻超高产生理生态等方向开展杂交水稻学科理论与技术的基础、应用基础研究。同时,实验室将打造成为一个聚集和培养一流优秀人才、开展高水平学术交流的重要基地。

杂交水稻国家重点实验室先后通过了由科技部组织的前期调研、专家评审、现场评议、复评等环节而最终确立。申报过程中得到了湖南省政府及湖南省科技厅、湖南省农科院等单位的高度重视与大力支持。

袁隆平院士殷切希望,湖南杂交水稻研究中心与武汉大学应充分利用共建实验室的发展契机,加快科技资源的整合,紧密联系杂交水稻学科发展中面临的重大科学问题而开展基础与应用基础研究,共同开创杂交水稻研究新局面,为保障我国乃至世界的粮食安全做出贡献。

湖南杂交水稻研究中心是国内外第一家杂交水稻专业科研机构,“杂交水稻之父”袁隆平院士担任主任。 “中心”以杂交水稻育种为重点,进行高产、优质、多抗三系法、两系法杂交水稻新组合选育,并开展远缘杂种优势利用、杂交水稻分子育种、转基因应用技术研究以及杂种优势机理研究;进行杂交水稻亲本繁殖技术、杂交制种技术、高产栽培技术等配套应用技术研究;进行杂交水稻资源收集与鉴定、种子纯度检测和米质分析等研究与服务;进行杂交水稻技术集成、中试和开发,促进研究成果的应用转化;进行杂交水稻技术的国际培训。主持承担了国家攻关计划、“863”计划、“973”计划、科技支撑计划和国家自然科学基金等国家重大项目、总理基金项目以及多项省部级重点课题。至2008年止,已取得科研成果100多项,其中育成杂交水稻组合及亲本94个、获得品种权和专利42项,并大面积推广应用,增产效果显著,产生了巨大的社会经济效益;获国家级奖励15项、省部级奖60多项,其中,“实用光温敏不育系培矮64S的选育及其应用”荣获国家科技进步一等奖;“籼粳亚种间优良杂交稻金优207的选育与应用研究”荣获国家科技进步二等奖。在国际上有着广泛的交流与合作。成功举办了20多期杂交水稻技术国际培训班,主持召开了6次国际学术讨论会。有12名专家被联合国粮农组织聘请为技术顾问,其中袁隆平院士为首席顾问。与国际水稻研究所和美国、菲律宾、越南、几内亚、印度尼西亚、巴基斯坦、孟加拉和以色列等国的一些机构建立了研究与开发的合作关系。

武汉大学水稻研究历史悠久。水稻的遗传和发育研究始于上世纪50年代,特别是从20世纪70年代初至今,一直进行水稻生殖与发育、水稻雄性不育与杂交优势利用研究,先后在红莲型、马协型水稻细胞质雄性不育新质源的发现与利用、光敏核不育系研究与开发、水稻生殖生物学与细胞工程、野生稻资源研究等方面取得一系列原创性成果。每年发表SCI论文40余篇,申请发明专利和品种保护10多项。研究成果先后获得国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖和湖北省突出贡献奖等国家级省部级奖10多项,出版教材和专著10多部,并获得教育部创新团队发展计划和国家基金委创新研究群体项目资助。

杂交水稻发展总的趋势是:从基因结构、功能、表达与调控、信号转导、网络调控、新品种选育、制种、生理生态等方面进行研究,揭示水稻个体发育规律及杂种优势机理,科学指导、人工调控杂交水稻的生长发育、产量、品质等形成过程,培育高产、优质、多抗、广适杂交水稻新品种。

根据杂交水稻学科前沿发展趋势和水稻超高产科技发展需求,结合实验室的研究特色和优势,主要开展以下六个具体方向的研究:

方向一、水稻杂种优势机理研究

农作物杂种优势利用是提高农作物产量最有效的途径,其基础研究一直落后于应用研究,探讨水稻杂种优势的分子机理和如何利用籼粳杂种优势是解决进一步提高杂交水稻产量潜力的重要科学问题。我国利用籼粳杂种优势的概念的提出已经30多年,但籼粳杂种优势始终没有应用到生产中,籼粳杂种优势不能在生产中利用,不仅仅是育性问题,还存在株高偏高、株型松散和生育期过长等问题,因此,如何利用籼粳杂交优势首先从遗传上探讨引起这些不良性状的遗传区段或染色体区段,研究如何利用籼粳杂种优势的技术策略,为保障我国粮食安全,保持我国杂交水稻的理论和应用研究继续引领世界前沿具有重大的学术价值和理论指导意义。
  主要研究内容:
  (1)水稻重要性状杂种优势QTL/基因的克隆和功能解析
  (2)杂种优势相关QTL/基因的转录调控机制研究
  (3)籼、粳亚种间强优势形成机理和亚种间杂种不育机理研究

方向二、水稻发育与育性机理

植物发育包括形态建成、配子发育、授粉受精和种子发育等,是水稻不育系选育、繁殖、制种以及产量和品质形成的重要基础。本方向重点研究水稻雄性不育及其育性恢复、株型和产量形成的遗传学机制和细胞分子机理,水稻性细胞发育和授粉受精的分子细胞生物学基础,探讨和揭示水稻生殖发育的规律和分子机制,为有效控制水稻育性并为水稻杂种优势利用和新品种选育奠定理论基础,指导优良水稻雄性不育系和恢复系的选育。
  主要研究内容:
  (1)三系杂交水稻育性分子机理研究
  (2)两系杂交水稻育性基因与调控
  (3)水稻性细胞发育、授粉受精和种子发育的分子基础
  (4)水稻植株发育和产量形成机理研究

方向三、杂交水稻种质创新与基因发掘

为进一步解决常规技术难以解决的技术难题,大规模研创符合未来社会需求、农业与环境可持续发展要求的高产、抗病虫、功能性稻种以及利于杂交稻生产制种的杂交水稻种质,本方向充分发挥基因工程技术在新功能基因(如表达为高产/高光效、抗病虫、营养功能蛋白或育性相关基因)挖掘与克隆、定向转移与表达调控、选择与聚合等的优越性,创新杂交水稻育种方法、技术,为高产优质多抗广适杂交水稻新品种选育提供新种质,并获得水稻重要基因的知识产权。
  主要研究内容:
  (1)稻种资源优异基因的克隆与功能研究
  (2)杂交水稻高光效种质研创
  (3)抗病虫、抗逆杂交稻种质创制
  (4)适合机械化制种的基因工程亲本的创制

方向四、超级杂交稻育种研究

紧密结合超级杂交稻育种发展趋势、最关键科技需求与工作基础,以第四期超级杂交稻组合及其亲本培育为中期目标,集成分子育种与三系法、两系法等杂种优势利用的技术体系与材料基础,综合利用品种间杂交、亚种间杂交、远缘杂交、分子标记辅助选择及理化、航天、体细胞无性系、分子等各种诱变技术开展超级杂交稻育种研究。
  主要研究内容:
  (1)亚种间杂种优势利用研究
  (2)远缘有利基因聚合育种研究
  (3)第四期超级杂交稻育种研究

方向五、杂交水稻繁育与种子学研究

目前,本实验室在杂交水稻制种理论与技术方面做了大量的研究工作,已初步探明影响杂交种子纯度的主要原因、水稻异交生物学和两系不育系育性遗传变异的基本原理以及亲本生育期的光温反应特性、异交结实率与生态因子的相关性等,为进一步系统形成杂交水稻种子工程领域的理论和技术体系奠定了坚实基础。
  主要研究内容:
  (1)水稻异交生态学研究
  (2)水稻异交生物学研究
  (3)水稻异交栽培生理生化机理研究
  (4)杂交水稻机械化制种及种子纯度快速鉴定技术研究
  (5)水稻光温敏不育系核心种子生产和繁殖技术研究

方向六、杂交水稻超高产生理生态研究
  在“十五”和“十一五”期间,本实验室系统研究了第一期(亩产700kg)和第二期(亩产800kg)超级杂交稻的产量稳定性及其影响因素、养分吸收积累规律及其基因型差异、高产群体质量和配套栽培技术等,提出了超级杂交稻改良型强化栽培技术、“三定”栽培技术和节氮栽培技术等。为了阐明第三期(亩产900kg)超级杂交稻的生理生态机制和栽培理论,探讨第四期(亩产1000kg)超级杂交稻的产量形成特点。
  主要研究内容:
  (1)高产理论与栽培技术
  (2)提高光能利用效率途径研究
  (3)栽培生理生态
  (4)抗逆栽培生理

实验室学术委员会主任:袁隆平院士

实验室主任:符习勤研究员


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