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        為農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航
        ——植物病蟲害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

        2021-07-06 08:38:26
        科學(xué)中國(guó)人 2021年13期
        關(guān)鍵詞:病蟲害實(shí)驗(yàn)室病毒

        植物病蟲害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,1988年12月由原國(guó)家計(jì)劃委員會(huì)批準(zhǔn)建設(shè),1992年1月通過國(guó)家驗(yàn)收并投入正式運(yùn)行,對(duì)國(guó)內(nèi)外全面開放。其依托單位為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所。1996年、2001年、2006年和2011年分別通過了由原國(guó)家計(jì)劃委員會(huì)和科技部等委托國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)組織的4次評(píng)估,成績(jī)良好。

        潛心鉆研迎挑戰(zhàn)

        植物病蟲害是影響農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)安全、生物安全和生態(tài)安全的嚴(yán)重生物災(zāi)害,是國(guó)際社會(huì)面臨的共同挑戰(zhàn)。植物病蟲害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)國(guó)家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大需求,重點(diǎn)圍繞植物病蟲害基礎(chǔ)生物學(xué)、暴發(fā)成災(zāi)機(jī)理,以及防控基礎(chǔ)問題,開展前沿性、創(chuàng)造性和前瞻性研究,培養(yǎng)造就植物保護(hù)高層次人才,開展國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)交流,努力建成我國(guó)植物保護(hù)科學(xué)的自主創(chuàng)新中心、國(guó)際交流中心、優(yōu)秀科學(xué)家聚集地和高級(jí)人才培養(yǎng)基地,為我國(guó)農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展、糧食安全、生態(tài)環(huán)境安全和經(jīng)濟(jì)安全服務(wù),并在國(guó)際相關(guān)科學(xué)技術(shù)研究領(lǐng)域占居重要地位。

        遭遇病蟲害的植物

        實(shí)驗(yàn)室主要從事原生性植物重大病蟲害、危險(xiǎn)性外來(lái)入侵生物和重要農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物環(huán)境安全性研究,重點(diǎn)研究和解決農(nóng)業(yè)有害生物的災(zāi)害形成機(jī)理,包括群體動(dòng)力學(xué)、生態(tài)抵御機(jī)制及分子遺傳基礎(chǔ)等,發(fā)展農(nóng)業(yè)生物災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與綜合治理的新理論、新技術(shù)和新方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)有害生物的可持續(xù)控制。主要包括如下四個(gè)研究方向:植物病害成災(zāi)機(jī)理與綜合治理、植物蟲害成災(zāi)機(jī)理與綜合治理、生物入侵機(jī)制與防控與植保生物功能組學(xué)。

        植物病害成災(zāi)機(jī)理與綜合治理主要研究植物病原物的生物學(xué)特性和致病機(jī)制、植物與病原物互作機(jī)制及植物抗病機(jī)制、植物病害暴發(fā)流行的生態(tài)學(xué)機(jī)理,以及主要農(nóng)作物重大病害的監(jiān)測(cè)預(yù)警和綜合治理的理論與關(guān)鍵技術(shù)。

        植物蟲害成災(zāi)機(jī)理與綜合治理主要研究農(nóng)作物重大害蟲與天敵昆蟲的遷飛行為、生殖行為等生物學(xué)特性,害蟲種群生態(tài)學(xué)及作物-害蟲-天敵之間的協(xié)同進(jìn)化機(jī)制,農(nóng)作物重大害蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警和綜合治理的理論與關(guān)鍵技術(shù)。

        生物入侵機(jī)制與防控主要研究農(nóng)業(yè)外來(lái)有害生物入侵的災(zāi)變過程、成災(zāi)機(jī)理、應(yīng)急控制與持續(xù)治理的基礎(chǔ)理論,入侵生物的預(yù)防預(yù)警、檢測(cè)監(jiān)測(cè)、根除撲滅和區(qū)域控制的技術(shù)與方法。

        植保生物功能組學(xué)主要研究病蟲與植物在進(jìn)攻-防御-反防御過程中的相互作用的分子機(jī)制,抗病蟲新基因的發(fā)掘,廣譜、高抗病蟲害的優(yōu)良新種質(zhì)創(chuàng)制與評(píng)價(jià),轉(zhuǎn)基因作物環(huán)境安全性評(píng)價(jià)與控制的新理論和新技術(shù)。

        實(shí)驗(yàn)室在河北廊坊、河南新鄉(xiāng)、內(nèi)蒙古錫林浩特、廣西桂林、甘肅天水、吉林公主嶺、新疆庫(kù)爾勒、山東長(zhǎng)島等我國(guó)不同作物生態(tài)區(qū)建立了野外科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站并配置了相應(yīng)的科研條件,其中試驗(yàn)用地3000多畝,實(shí)驗(yàn)室和溫室面積15000平方米。目前實(shí)驗(yàn)室投入使用的大型儀器設(shè)備總計(jì)26臺(tái)件。大型儀器涵蓋了用于昆蟲行為學(xué)研究的厘米波垂直昆蟲雷達(dá)、毫米波掃描昆蟲雷達(dá)、高空氣象探測(cè)系統(tǒng)、超速分析儀、氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)和高效液相色譜儀等;用于基因組學(xué)研究的實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀、高分辨率熔點(diǎn)分析系統(tǒng)、毛細(xì)管電泳儀、核酸蛋白掃描檢測(cè)系統(tǒng)和多功能掃描儀等,以及超速離心機(jī)、激光共聚焦顯微鏡、冷凍干燥機(jī)、倒置熒光顯微鏡等通用大型儀器設(shè)備?;诖?,整合形成了6個(gè)科研平臺(tái):農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)研究公共平臺(tái)、植物病害研究公共平臺(tái)、重大遷飛性害蟲的監(jiān)測(cè)預(yù)警研究公共平臺(tái)、轉(zhuǎn)基因生物安全研究公共平臺(tái)、生物入侵機(jī)制與防控研究公共平臺(tái)和功能基因組學(xué)研究公共平臺(tái)。

        科研創(chuàng)新帶發(fā)展

        2011年以來(lái),實(shí)驗(yàn)室主持承擔(dān)了省部級(jí)以上及國(guó)際合作項(xiàng)目(課題)540項(xiàng)。主要包括作為項(xiàng)目首席科學(xué)家主持國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng),主持國(guó)家原“973”計(jì)劃課題8項(xiàng);主持國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃課題2項(xiàng);主持轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)22項(xiàng)(其中重大課題5項(xiàng),重點(diǎn)課題17項(xiàng));主持國(guó)家科技支撐計(jì)劃(科技攻關(guān))課題3項(xiàng);主持國(guó)家自然科學(xué)基金150項(xiàng),其中包括國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目1項(xiàng)、創(chuàng)新群體項(xiàng)目1項(xiàng)、國(guó)家杰出青年基金1項(xiàng)、國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金3項(xiàng)、重點(diǎn)項(xiàng)目3項(xiàng);主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目9項(xiàng);主持國(guó)際合作項(xiàng)目41項(xiàng);主持公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目16項(xiàng)等;實(shí)驗(yàn)室有8人擔(dān)任現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位專家。

        近期,實(shí)驗(yàn)室植物與病毒互作研究團(tuán)隊(duì)與加拿大農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)食品部倫敦研究與發(fā)展中心合作在國(guó)際知名期刊《植物病理學(xué)年評(píng)》在線發(fā)表了題為“Research Advances in Potyviruses:From the Laboratory Bench to the Field”的綜述論文,全面總結(jié)了馬鈴薯Y病毒屬病毒的最新研究進(jìn)展。

        馬鈴薯Y病毒屬是種類最多的植物RNA病毒,在全球的馬鈴薯、大豆和番木瓜等糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物和果樹上造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,引起了植物病毒學(xué)家們的廣泛關(guān)注。盡管該屬病毒的正單鏈RNA基因組只包含一個(gè)開放閱讀框,病毒卻能夠非常巧妙地利用多聚蛋白切割和RNA聚合酶滑動(dòng)策略,來(lái)產(chǎn)生十余個(gè)多功能的病毒蛋白,并通過病毒蛋白之間,以及病毒蛋白與寄主植物復(fù)雜的相互作用完成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、移動(dòng)和病毒粒子組裝等生命過程。與此同時(shí),寄主植物在感知病毒的侵染時(shí),會(huì)啟動(dòng)自身多層防線來(lái)抵抗病毒的侵染,而病毒又能不斷突破寄主植物的抗性而實(shí)現(xiàn)成功侵染,其與寄主植物之間的相互作用就像是一場(chǎng)永無(wú)止境的“軍備競(jìng)賽”。在過去的十年中,得益于反向遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、宏基因組學(xué)等技術(shù)的發(fā)展,以及模式植物與病毒互作研究體系的建立,國(guó)內(nèi)外多個(gè)實(shí)驗(yàn)室從分子層面揭秘了馬鈴薯Y病毒屬病毒的致病機(jī)制,豐富了人們對(duì)馬鈴薯Y病毒屬病毒的認(rèn)識(shí),為病毒病的防控提供了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

        在論文中,實(shí)驗(yàn)室在與多位植物病毒學(xué)家廣泛討論的基礎(chǔ)上列舉并介紹了十大最重要的馬鈴薯Y病毒屬病毒,總結(jié)了該屬病毒如何利用不同的策略產(chǎn)生多功能的病毒蛋白從而完成病毒的侵染循環(huán),闡述了病毒克服植物RNA沉默、RNA衰變、蛋白質(zhì)翻譯后修飾和細(xì)胞自噬等多層次的抗病毒防御反應(yīng)而致病的機(jī)制,并重點(diǎn)介紹了如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)研究上利用Tilling和CRISPR等技術(shù)獲得隱性抗病毒植物的策略。

        立足人才展未來(lái)

        實(shí)驗(yàn)室遵循“開放、流動(dòng)、聯(lián)合、競(jìng)爭(zhēng)”的運(yùn)行機(jī)制,積極創(chuàng)造條件,著力營(yíng)造濃厚的學(xué)術(shù)氛圍和寬松的工作環(huán)境,為實(shí)驗(yàn)室科研人員進(jìn)行創(chuàng)新性研究,吸引、造就和培養(yǎng)優(yōu)秀中青年,以及提高實(shí)驗(yàn)室開放人員的層次和開放課題的水平提供了充分條件,已經(jīng)成為依托單位對(duì)外學(xué)術(shù)交流的窗口。實(shí)驗(yàn)室注重發(fā)揮老一輩科學(xué)家言傳身教的作用,引導(dǎo)青年業(yè)務(wù)骨干潛心科學(xué)研究,扎根國(guó)內(nèi),放眼世界,建立了一支團(tuán)結(jié)、創(chuàng)新、富有活力、學(xué)術(shù)思想活躍的中青年學(xué)術(shù)隊(duì)伍,已形成了植物保護(hù)學(xué)科國(guó)家隊(duì)的中堅(jiān)力量。實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為基礎(chǔ)研究與高水平人才培養(yǎng)的重要結(jié)合點(diǎn),在國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面具有重要的學(xué)術(shù)地位,并在國(guó)際學(xué)術(shù)界享有一定聲譽(yù)。

        今后,實(shí)驗(yàn)室將逐步擴(kuò)大與國(guó)際先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室交流與合作的強(qiáng)度與深度,逐步提高實(shí)驗(yàn)室在國(guó)際上的知名度,在機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存的同時(shí),充分發(fā)揮國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有的作用。

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