【正文】 作，抗性差異，病蟲害差異等合理組配基本原理。 3） 初步了解元陽梯田水稻品種持久調(diào)控病害現(xiàn)象的遺傳異質(zhì)的分子基礎(chǔ)。 4）完成第一年 田間小區(qū)試驗，初步構(gòu)建 作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)。 2）繼續(xù)進行玉米與大豆、玉米與馬鈴薯等典型的作物多樣性種植模式的作物間株高、株型適配和品 種類型選擇與時空布局配置參數(shù)進行定量研究。繼續(xù)研究作物多樣性影響害蟲寄主定位、生長發(fā)育和繁殖過程。 5）繼續(xù)進行 作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)的構(gòu)建，在 我國西南、西北、東南山區(qū)的等典型區(qū)域進行田間試驗示范。 2）基本明確作物種群結(jié)構(gòu)對產(chǎn)量、品質(zhì)的作用。深入探明甘蔗玉米多樣性種植影響玉米螟產(chǎn)卵行為。 第三年度（ 2021 年 1 月至 12 月） 計劃研究內(nèi)容 1）繼續(xù)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，進一步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。開展作物復(fù)合群體內(nèi)的光、水、養(yǎng)分在環(huán)境內(nèi)的時空分布的深入研究。深入研究作物多樣性在作物 害蟲 天敵三級營養(yǎng)系統(tǒng)中的作用。 5） 集成核心要素， 構(gòu)建 作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 并結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實際和機械化配套作業(yè)需求，形成作物多樣性高效栽培專利技術(shù)和技術(shù)規(guī)程，建立大面積推廣應(yīng)用范例。 預(yù)期目標(biāo) 1）基本明確作物多樣性合理組配原理，初步建立組配原則和技術(shù)參數(shù)。 3） 解析作物遺傳異質(zhì)調(diào)控病害基本原理，初步探明作物多樣性在作物 害蟲 天敵三級營養(yǎng)系統(tǒng)中的作用。 第四年度（ 2021 年 1 月至 12 月） 計劃研究內(nèi)容 1）基本完成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，構(gòu)建作物多樣性優(yōu)化種植的組配原則和參數(shù)。深入研究作物復(fù)合群體內(nèi)的光、水、養(yǎng)分在環(huán)境內(nèi)的時空分布?；就瓿勺魑锒鄻有栽谧魑?害蟲 天敵三級營養(yǎng)系統(tǒng)中的作用。 5）進一步 集成核心要素， 構(gòu)建 作物多樣性種植模式的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 并結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實際和機械化配套作業(yè)需求，形成作物多樣性高效栽培專利技術(shù)和技術(shù)規(guī)程，建立大面積推廣應(yīng)用范例。 預(yù)期目標(biāo) 1）探明作物多樣性合理組配原 理，建立組配原則和技術(shù)參數(shù)。 3） 解析作物遺傳異質(zhì)調(diào)控病害基本原理，探明作物多樣性在作物 害蟲 天敵三級營養(yǎng)系統(tǒng)中的作用。初步明確 作物多樣性種植模式對土壤地力、病蟲害組成結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量品質(zhì)等方面的影響。 2）完成玉 米與大豆、玉米與馬鈴薯等典型的作物多樣性種植模式的作物間株高、株型適配和品種類型選擇與時空布局配置參數(shù)進行定量研究。 3）完成基因多樣性調(diào)控病害的效應(yīng)和作用研究。 4） 完成作物多樣性種植與單作的根際過程和根系組成特征研究， 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)促進生物固持和微生物多樣性的 變化過程的研究。定位研究作物多樣性種植模式對土壤地力、病蟲害組成結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量品質(zhì)等方面的影響和作用，客觀評價作物多樣性種植的持續(xù)效應(yīng) 。 我國西南山 區(qū)是少數(shù)民族聚居區(qū)，以種植馬鈴薯、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) ， 七、八、九月為降雨高峰期，降雨量約占全年雨量的 60%。解決該地區(qū)作物主要病害流行問題成為廣大農(nóng)民的迫切 需 求和各級政府 的期望目標(biāo)。 探索 作物多樣性控病增產(chǎn) 新 方法 成為保障糧食增產(chǎn)的關(guān)鍵。近年來項目組在西北山區(qū)和東南山區(qū)開展了前一項目的輻射式研究，也積累了大量的資料和數(shù)據(jù)，有良好的研究基礎(chǔ)。前一項目研究了 20 余種作物多樣性搭配控病增產(chǎn)的效果，其中大部分搭配均有良好的控病增產(chǎn)效果，但根據(jù)該區(qū)域的生產(chǎn)實際，應(yīng)用面積最大的是禾谷類與豆類 ，禾谷類與 薯類 等作物多樣性搭配組合。 研究主要內(nèi)容 1） 作物多樣性 種植 的種質(zhì)資源 篩選和組配原理 立足我國豐富的農(nóng)作物種質(zhì)資源，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 。探明作物生育期差異，株型互補，根系互作，抗性差異，病蟲害差異等合理組配原理，構(gòu)建作物多樣性優(yōu)化種植的組配原則和參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對作 物復(fù)合群體內(nèi)的光、水、養(yǎng)分在環(huán)境內(nèi)的時空分布和在作物間的分配利 用進行研究，從作物多樣性種植環(huán)境、作物基因型、作物產(chǎn)量品質(zhì)表現(xiàn)型三個層面，探明作物種群結(jié)構(gòu) 對產(chǎn)量、品質(zhì)的效應(yīng)和作用機理。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。從前一項目甘蔗玉米多樣性種植影響玉米螟產(chǎn)卵行為，降低玉米螟蟲口密度的研究結(jié)果切入，研究作物多樣性影響害蟲寄主定位、生長發(fā)育和繁殖過程，探明作物遺傳異質(zhì)性在作物 害蟲 天敵三級營養(yǎng)系統(tǒng)中的作用及其機理。 5）作物多樣性 應(yīng)用范例及評價 綜合上述研究的主要結(jié)果，集成核心要素， 構(gòu) 建 作物多樣性 種植 模式 的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在 我國西南 、西北 、東南 山 區(qū)的 等 典型 區(qū)域，大面積田間試驗驗證，并結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實際和 機械化 配套作業(yè)需求，形成作物多樣性高效栽培專利技術(shù)和技術(shù)規(guī)程，建立大面積推廣應(yīng)用范例，為著力提升生態(tài)農(nóng)業(yè)和促進區(qū)域的糧食安全發(fā)揮作用。 項目名稱： 主要糧食作物骨干親本遺傳 效應(yīng)和利用的基礎(chǔ)研究 首席科學(xué)家： 李立會 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 起止年限： 至 依托部門： 農(nóng)業(yè)部 二、預(yù)期目標(biāo) （一）總體目標(biāo) 針對骨干親本在育種實踐中作用突出以及新時期育種目標(biāo)的需求，在我們通過前一個 973 項目的研究，已基本明確了骨干親本第一個關(guān)鍵科學(xué)問題 “遺傳構(gòu)成 ”的基礎(chǔ)上，本項目圍繞骨干親本的第二個關(guān)鍵科學(xué)問題 “遺傳 與利用 效應(yīng) ”，以水稻、小麥、玉米等主要糧食骨干親本親本及其衍生的大面積推廣品種為基本研究材料，應(yīng)用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息 學(xué)等學(xué)科的理論和方法，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)的水稻、小麥、玉米骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢，構(gòu)建水稻、小麥、玉米骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 ，為基于全基因組分子設(shè)計育種提供依據(jù)； 闡明水稻、小麥、玉米骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應(yīng)；發(fā)掘?qū)崿F(xiàn)水稻、小麥、玉米未來育種目標(biāo)具有重要價值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因 ； 闡明水稻、玉米的穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量性狀一般配合力的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，并揭示一般配合力對骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的生物學(xué)基礎(chǔ) ；闡明控制一 般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 的關(guān)系；建立 水稻、小麥、玉米 候選骨干親本選育以及最佳親本組配的分子設(shè)計模型 ；提出綜合評估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術(shù)方法，指導(dǎo)并提高親本組配和育種效率 ； 篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年水稻、小麥、玉米等糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本，并通過育種實踐 驗證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論、培育新時期需求的新品種提供理論和物質(zhì)支撐。 （二）五年預(yù)期目標(biāo) 闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個 骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢，構(gòu)建 水稻、小麥、玉米 骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜各 1 個 ， 為基于全基因組分子設(shè)計育種提供依據(jù) 。 闡明水稻、玉米 的穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量性狀一般配合力的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，并揭示一般配合力對骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的生物學(xué)基礎(chǔ) ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 的關(guān)系 。 篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年 水稻、小麥、玉米 等糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本 6~8 個，并通過育種實踐 驗證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論奠定基礎(chǔ)。 發(fā)表 SCI 論文 50～ 60 篇（累計影響因子 150 以上）；申請 專利 9~10 項。 （二）技術(shù)途徑 遺傳效應(yīng) 利用 精細 QTL 分析 QTL、 eQTL 分析等 測序、表達分析等 精細定位、圖位克隆 測序、生物信息學(xué)等 QTL 定位、關(guān)聯(lián)分析等 近等基因?qū)胂? 重組近交系等 骨干親本 衍生品種 ＋ 重要基因組區(qū)段 因組區(qū)域 優(yōu)異基因簇 關(guān)鍵基因 優(yōu)異等位基因 一般配合力 候選骨干親本篩選與創(chuàng)制 候選骨干親本的分子設(shè)計理論 （三）創(chuàng)新點和特色 項目創(chuàng)新點 （ 1）從 表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等多學(xué)科、多層次對水稻、小麥和玉米三種主要糧食作物骨干親本形成與利用的遺傳基礎(chǔ)進行系統(tǒng)研究，在國內(nèi)外尚屬首次；有關(guān)問題的解決，有利于進一步強化我國在農(nóng)作物基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng) 新 。 （ 3） 將骨干親本的內(nèi)涵 由經(jīng)驗升華為科學(xué)規(guī)律和理論，建立圍繞農(nóng)作物骨干親本的親本選配理論與技術(shù)體系 項目特色 （ 1） 農(nóng)作物骨干親本的概念是由我國科學(xué)家率先提出的，并得到了國際同行的普遍認同，而且近年來成為作物育種基礎(chǔ)理論研究的主攻方向之一。 （ 2） 本項目的研究對象是骨干親本，其上游是利用育種材料 篩選、 創(chuàng)制骨干親本的過程，下游是利用骨干親本培育主栽品種的過程，我國的育種學(xué)家已在上述兩個方面積累了大量的材料和豐富的經(jīng)驗。 （ 3）對 不同時期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個 骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢進行分析，并篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年 水稻、小麥、玉米 等糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本，使得本項目的研究結(jié)果在很大程度上具有指導(dǎo)未來的特色。 （ 1）工作基礎(chǔ)保障： 通過執(zhí)行 國家 973 計劃項目《主要農(nóng)作物骨干親本遺傳構(gòu)成和利用效應(yīng)的基礎(chǔ)研究》（ 2021CB101700），我們不僅建立了骨干親本研究的完整學(xué)術(shù)思路，而且基本明確了骨干親本的第一個關(guān)鍵科學(xué)問題 “遺傳構(gòu)成 ”，并在技術(shù)方法、 研究材料（如遺傳分析群體、品種