【正文】 月為降雨高峰期，降雨量約占全年雨量的 60%。 該地區(qū)受南亞季風(fēng)氣候影響，干濕季節(jié)分明， 特殊年份冬春連旱，嚴(yán)重影響 糧食作物生產(chǎn)。 西南地區(qū)農(nóng)業(yè)生物資源的多樣性和農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)方式的多樣性是 農(nóng)業(yè)生物多樣性研究 不可替代的資源條件。另一方面，該地區(qū)為少數(shù)民族聚居區(qū)，民族眾多社會發(fā)育參差不齊，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式多種多樣。造就了寒帶、溫帶、亞熱帶、熱帶等氣候多樣性。 項目研究 特色 1） 不可替代的區(qū)域資源條件 項目研究定位在我國西南地區(qū)是以橫斷山脈為主體的全球獨特縱向嶺谷區(qū)。本創(chuàng)新點是 在 前一項目試驗驗證 了玉米與蠶豆、小麥與蠶豆間作促進(jìn)蠶豆 根瘤增加以及 蠶豆通過活化根際磷改善玉米 磷營養(yǎng) 的基礎(chǔ)上 ， 以 作物多樣性種植體系地上部和地下部種間相互作用 及其反饋調(diào)節(jié)為切入點 ， 深入研究作物 多樣性種植 與單作的 根際過程和根系組成 特征 ， 探明 作物 多樣性種植中作物 對 提高 土壤 養(yǎng)分吸收 利 用 的作用機理； 從養(yǎng)分活化競爭利用，土壤碳氮協(xié)調(diào)促進(jìn)生物固持和微生物多樣性 的 變化特征 ，闡明作物多樣性種植對土壤地力的影響。 3） 作物多樣性影響土壤地力的根際 互作 作物多樣性優(yōu)化種植變一熟為兩熟，大幅度提高耕地產(chǎn)出率，增加糧食產(chǎn)量。從前一項目試驗發(fā)現(xiàn)的玉米與甘蔗多樣性種植干擾玉米螟產(chǎn)卵行為，降低玉米螟蟲口密度的現(xiàn)象切入，研究干擾玉米螟寄主定位的主要因素，深入研究作物多樣性對玉米螟行為、生長發(fā)育和繁殖的影響，田間試驗玉米與甘蔗不同群落結(jié)構(gòu)與玉米螟及其天敵種群動態(tài)變化的特征，探明玉米與甘蔗多樣性種植影響玉米螟發(fā)生危害的作用機理。本創(chuàng)新點力爭發(fā)表影響因子 10 以上論文 12 篇，在本領(lǐng)域刊物發(fā)表系列論文。二是從組合不同的抗病近等基因系到田間驗證調(diào)控病害效果，本項研究采用項目育成的抗小麥條銹病近等基因系，設(shè)計組配不同抗病基因及其群體比例，完成田間抗病試驗和人工接種試驗，探明基因多樣性調(diào)控病害的效應(yīng)和作用。另一研究材料是前一項目育成的抗小麥條銹病的近等基因系，為研究作物抗病基因重疊、 累加等調(diào)控病害研究提供了良好材料。調(diào)控病害能力強，從 19862021 年稻瘟病穗頸瘟發(fā)病率僅在 %之間。該品種長期種植，經(jīng)研究證明至少連續(xù)種植 118 年。 本創(chuàng)新點突破的可行性分析。各種作物均普遍存在這種現(xiàn)象，并被廣泛認(rèn)知，但長期未被試驗理論解析，難點是難以獲得良好的試驗研究材料，其次是研究方法上對抗病基因的認(rèn)知不全。 前期研究基礎(chǔ)扎實，試驗條件基本滿 足上述試驗方案的圓滿完成。有良好的技術(shù)支撐平臺， 有 數(shù)據(jù)積累和人才積累。在 此基礎(chǔ)上，解析作物多樣性種植生態(tài)調(diào)控的主要機理，集成研究結(jié)果核心要素，形成應(yīng)用模式范例，并客觀評價持續(xù)應(yīng)用的效應(yīng)和影響。 三、研究方案 研究 思路 根據(jù)生物多樣性、作物栽培學(xué)、植物保護(hù)學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)等學(xué)科的基本原理，將田間試驗、定位觀測、模式模擬、資源評價、分子生物學(xué)和信息技術(shù)有機結(jié)合，在前期項目工作的基礎(chǔ)上， 從作物遺傳異質(zhì)調(diào)控病害和作物多樣性干擾害蟲行為的前期試驗結(jié)果切入，深入研究作物多樣性調(diào)控病蟲害的關(guān)鍵科學(xué)問題。 在作物多樣性 調(diào)控病蟲害的理論和應(yīng)用 研究方面保持國際前沿地位，在國際學(xué)術(shù)界產(chǎn)生重要的影響 。本項目擬提供玉米與馬鈴薯、玉米與大豆等作物多樣性種植模式的萬畝應(yīng)用范例，展示作物多樣性研究成果，為促進(jìn)區(qū)域糧食安全提供技術(shù)儲備。完成定位觀測數(shù)據(jù)分析，客觀評價作物多樣性種植模式對土壤地力、病蟲害、產(chǎn)量、品質(zhì)等方 面的影響和效應(yīng)。 基本 方法 貢獻(xiàn) 1）形成作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù) 集成各項研究的核心要素， 結(jié)合 機械化 配套作業(yè)需求， 構(gòu)建 作物多樣性 種植 模式 的技術(shù)參數(shù)，主要包括作物搭配原則、栽培方式、種植規(guī)格和群落結(jié)構(gòu)比例等技術(shù)參數(shù)，并完成 大面積田間試驗驗證，形成作物多樣性種植專利技術(shù)和技術(shù)參數(shù)，為制定技術(shù)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。通過完成這兩類交互試驗，一是從元陽梯田水稻品種持久調(diào)控病害現(xiàn)象到探明其遺傳異質(zhì)的分子基礎(chǔ)，二是從組配已知抗病基因不同豐度到調(diào)控田間病害的效應(yīng)， 詮釋遺傳異質(zhì) 調(diào) 控病害的機理 。 五年預(yù)期目標(biāo) 基礎(chǔ)理論貢獻(xiàn) 1）闡 明作物 多樣性調(diào)控病害的基因多樣性 原理 從前一項目的研究基礎(chǔ)切入，利用遺傳異質(zhì)性高的元陽梯田水稻品種為研究材料，通過該品種的基因組精準(zhǔn)測序和基因芯片分析，從基因組和表達(dá)組解析遺傳異質(zhì)性調(diào)控病害的原理，探明其分子基礎(chǔ)。 在本領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)刊物發(fā)表系列論文，發(fā)展和豐富農(nóng)業(yè)生物多樣性理論 。 項目名稱： 作物多樣性對病蟲害生態(tài)調(diào)控和土壤地力的影響 首席科學(xué)家： 朱有勇 云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 起止年限： 至 依托部門： 云南省科技廳 二、預(yù)期目標(biāo) 總體目標(biāo) 探明作物多樣性生態(tài)調(diào)控 病蟲害的 基本原理，創(chuàng)建基本方法，提供 應(yīng)用 范例。建立評價體系， 客觀評價 作物多樣性 的 持續(xù) 效應(yīng) 和對地力的影響 。 在作物多樣性 調(diào)控病蟲害的 研究方面保持國際前沿地位，在國際學(xué)術(shù)界產(chǎn)生重要的影響 。利用項目育成的抗小麥條銹病近等基因系，設(shè)計組配不同豐度基因多樣性品系組合，完成田間抗病試驗和人工接種試驗，驗證基因多樣性調(diào)控病害的效應(yīng)和作用。 2）探明 作物 多樣性 影響土壤地力的根際生態(tài)過程 在 前一項目試驗驗證 了玉米與蠶豆、小麥與蠶豆間作促進(jìn)蠶豆 根瘤增加以及 蠶豆通過活化根際磷改善玉米 磷營養(yǎng) 的基礎(chǔ)上 ， 以 作物多樣性種植體系地上部和地下部種間相互作用 及其反饋調(diào)節(jié)為切入點 ， 深入研究作物 多樣性種植 與單作的 根際過程和根系組成 特征 ， 探明 作物 多樣性種植中作物 對 提高 土壤 養(yǎng)分吸收 利用 的作用機理； 從養(yǎng)分活化競爭利用，土壤碳氮協(xié)調(diào)促進(jìn)生物固持和微生物多樣性 的 變化特征 ，闡明作物多樣性種植對土壤地力的影響。 2）建立作物多樣性種植模式持續(xù)應(yīng)用的評價體系 集成各項研究的指標(biāo)數(shù)據(jù)， 構(gòu)建 作物多樣性 種植 模式 的評價內(nèi)容和技術(shù)指標(biāo)，建立長期定位觀測點，并完成 田間觀測驗證和校正，形成評價技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。 3）提供大面積應(yīng)用范例，展示研究成果 通過田間試驗驗證的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行組裝配套，形成簡單易行效果顯著的技術(shù)規(guī)程，進(jìn)行田間放大展示。 學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)和人才培養(yǎng) 在本領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)刊物發(fā)表系列論文， 申請 一批 發(fā)明專利 ， 發(fā)展和豐富農(nóng)業(yè)生物多樣性理論 。 培養(yǎng)和凝聚一 批農(nóng)業(yè)生物多樣性 研究 的科學(xué)家隊 伍 ， 培養(yǎng)博士、碩士 研究 生 100120 名 ， 形成 國內(nèi)外農(nóng)業(yè)生物多樣性研發(fā)網(wǎng)絡(luò) 和中心 。另外，從前一項目研究發(fā)現(xiàn)的作物多樣性種植增加根瘤和土壤磷的活化等現(xiàn)象切入，深入研究作物多樣性影響土壤地力的關(guān)鍵問題。 技術(shù)途徑 本項目是在前一個 973 項目“農(nóng)業(yè)生物多樣性控制病蟲害和保護(hù)種質(zhì)資源的原理和方法”基礎(chǔ)上的深入研究。匯集了我國從事農(nóng)業(yè)生物多樣性研究的 2 個國家重點實驗室， 1 個國家生物多樣性研究中心， 5 個省部級重點實驗室，擁有先進(jìn)配套的實驗 設(shè)備及布局合理的試驗基地，長期田間試驗點西南地區(qū) 40 個，西北 5 個，東南 5 個。 創(chuàng)新點 及其突破 1）作物 遺傳異質(zhì) 調(diào)控病害的 分子基礎(chǔ) 作物群體遺傳異質(zhì)性與病害流行呈負(fù)相關(guān)，單一品種大面積種植的農(nóng)田系統(tǒng)遺傳異質(zhì)性低，發(fā)病率高病害流行概率大，品種多樣性種植的農(nóng)田系統(tǒng)遺傳異質(zhì)性高，發(fā)病率低病害流行概率小。本創(chuàng)新點有望突破是基于前一項目的研究積累，獲得了理想的研究材料和基因組學(xué)研究方法的應(yīng)用。有良好的 研究材料，前一項目研究獲得持久抗病的元陽梯田水稻品種，其特征是遺傳異質(zhì)性高，精準(zhǔn)測序結(jié)果表明基因單位點突變率（ SNP）對照日本晴和 9311 分別差異為 99%和 71%。該品種產(chǎn)量穩(wěn)定，當(dāng)?shù)赜涗浀臄?shù)據(jù)表明從 1986年 2021 年畝產(chǎn)變化幅度僅為 3451 公斤。該材料是探明遺傳異質(zhì)調(diào)控病害的分子基礎(chǔ)的理想材料。 本突破擬設(shè)計兩項交互試驗，一是從已知品種抗性多樣性持久調(diào)控病害現(xiàn)象到探明其遺傳異質(zhì)的分子基礎(chǔ)，本項試驗選用元陽梯田水稻品種，通過基因組學(xué)和表達(dá)組學(xué)分析，研究調(diào)控稻瘟病的相關(guān)基因及其表達(dá)特征，探明其分子基礎(chǔ)。 通過完成上述兩類交互試驗， 詮釋作物 多樣性調(diào)控病害的基因多樣性 原理 。 2） 作物多樣性調(diào)控害蟲的效應(yīng)及其機理 本創(chuàng)新點在作物 害蟲 天敵三級營養(yǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，著重突出研究作物多樣性種植調(diào)控害蟲的效應(yīng)及其機理。本創(chuàng) 新點力爭發(fā)表影響因子 10 以上論文 1 篇，在本領(lǐng)域刊物發(fā)表系列論文。作物多樣性的高效產(chǎn)出是否影響土壤地力，是急需回答的問題。 本創(chuàng)新點力爭發(fā)表影響因子 10 以上論文 12 篇，在本領(lǐng)域刊物發(fā)表系列論文。該地區(qū)緯度低海拔高差大，山脈蜿蜒，河流眾多，形成了高山、丘陵、盆地等地貌多樣性。地貌和氣候的多樣性形成了豐富的生物多樣性和民族文化多樣性，是北半球生物多樣性最富集區(qū)，動物和植物種類占全國總數(shù)的一半以上 ， 農(nóng)作物資源極為豐富，倍受國內(nèi)外關(guān)注。山區(qū)和丘陵區(qū)仍然以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式為主體。 2）急需解決的區(qū)域糧食生產(chǎn)難題 我國西南山區(qū) 和丘陵區(qū)的 少數(shù)民族 以 馬鈴薯、玉米、豆類、麥類等為主要口糧 。 正常年份，五 月至十月為 降雨季節(jié)。降雨高峰期與馬鈴薯晚疫病、玉米大、小斑病等主要糧食作物病害發(fā)生高峰期重疊，年年陰雨年年病害流行，造成糧食產(chǎn)量重大損失，嚴(yán)重影響山區(qū)農(nóng)民口糧和經(jīng)濟(jì)收入。 但是，常規(guī) 栽培技術(shù)難以應(yīng)付突發(fā)的嚴(yán)重干旱，常規(guī) 病害防治技術(shù)實施難度大且防效甚微， 使用農(nóng)藥的成本較高，使用后受雨水沖涮防效降低。 四、年度計劃 第一年度（ 2021 年 1 月至 12 月） 計劃研究內(nèi)容 1）篩選適宜作物多樣性種植的玉米、小麥、馬鈴薯、大豆等品種資源，開展品種資源的株型結(jié)構(gòu)、根系結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分水分利用以及抗病性、抗蟲性等研究。 3）利用遺傳異質(zhì)性高的元陽梯田水稻品種為材料，通過該品種的基因組精準(zhǔn)測序和基因芯片分析，初步從基因組和表達(dá)組解析遺傳異質(zhì)性 調(diào)控病害的原理。 4） 以作物多樣性種植體系地上部和地下部種間相互作用及其反饋調(diào)節(jié)為切入點，深入研究作物多樣性種植與單作的根際過程和根系組成特征。 預(yù)期目標(biāo) 1）初步明確作物生育期差異，株型互補，根系互