【正文】 析環(huán)境優(yōu)化及脅迫條件下的代謝過程特征和細胞與環(huán)境相互作用機制；采用恒化培養(yǎng)或批培養(yǎng)方法開展不同環(huán)境條件下的細胞宏觀代謝流研究，獲得細胞生長與油脂累積過程動力學(xué)模型；研究既是碳源又是酸度平衡調(diào)節(jié)物的 CO2 的吸收規(guī)律及其與培養(yǎng)過程的耦合調(diào)控方法；采用恒化培養(yǎng)或批培養(yǎng)方法， 對 微藻 光自養(yǎng) 培養(yǎng)過程 的 在線參數(shù) （如 pH、溫度、 CO2 濃度等）、在線生理參數(shù) （ 如 在線 CO2 固定速率、 O2 釋放速率、 細胞呼吸強度等）、離線參數(shù) （ 如細胞密度、油脂含量等 ） 進行相關(guān)性分析，形成多尺度參數(shù)分析方法；在 重構(gòu)全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合宏觀代謝流多尺度分析方法，建立適于微藻細胞培養(yǎng)過程優(yōu)化的新方法；研究基于 微 藻細胞生理、光照方向混合及光衰減特性相結(jié)合的光自養(yǎng)培養(yǎng)過程放大方法，為規(guī)?；茉次⒃骞庾责B(yǎng)培養(yǎng)過程放大提供理論基礎(chǔ)。 6. 解析能源微藻非油脂組分的多元特性，建立其表征方法，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)考察不同的油脂提取方法對能源微藻非油脂組分組成的影響規(guī)律，根據(jù)能源微藻非油脂組分的多元組成特性，建立相應(yīng)的微藻非油脂組分的高值化和能源化利23 23 用方法，實現(xiàn)能源微藻資源的綜合利用。通過分析微藻能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換和運輸、季節(jié)環(huán)境條件影響等過程中的能量平衡，從微藻能源生產(chǎn)過程中各單元能量的投入與產(chǎn)出、 CO2 排放、廢水排放等角度綜合考慮，對微藻能源生產(chǎn)過程進行全生命周期分析，評價其過程經(jīng)濟性，為推進微藻能源的規(guī)?；M程奠定基礎(chǔ)。 通過該項目的實施，將進一步強化我國在農(nóng)作物骨干親本基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng)新，并通過創(chuàng)建圍繞農(nóng)作物骨干親本的新的育種理論與技術(shù)體系，以及創(chuàng)造的符合新 時期育種目標需求的候選骨干親本的應(yīng)用，繼續(xù)提高我國在雜交稻等作物育種領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位，最終為我國的糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。 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)； 分析重要基因 和基因序列變異 15~20 個， 闡明 5~8 個 基因 /等位基因的功能 ； 發(fā)掘?qū)?實現(xiàn) 水稻、小麥、玉米 未來育種目標具有重要價值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 各 2~3 個 。 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。 培養(yǎng)博士研究生 30～ 40 名，碩士研究生 50～ 60 名。 27 27 三、研究方案 （一）學(xué)術(shù)思路 為了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，針對作物遺傳育種基礎(chǔ)研究中的關(guān)鍵問題之一，骨干親本在育種中效果顯著但其形成與利用的遺傳基礎(chǔ)不明的客觀現(xiàn)實，以水稻、小麥、玉米等主要糧食作物骨干親本及其衍生的大面積推廣品種系譜分析為 出發(fā)點，在已解決了骨干親本的第一個關(guān)鍵科學(xué)問題 “遺傳構(gòu)成 ”的工作基礎(chǔ)上，綜合利用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科的理論與技術(shù)，從骨干親本重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因組合方式及其演變趨勢、一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ)、候選骨干親本的分子設(shè)計與創(chuàng)制等多層次進行系統(tǒng)研究，闡明骨干親本研究中的第二個關(guān)鍵科學(xué)問題 “遺傳效應(yīng) ”，為創(chuàng)建骨干親本育種理論與技術(shù)體系，以及我國糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。 （ 2） 預(yù)測、篩選與改良對未來 5～ 10 年主要糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本，將為保障我國糧食安全做出貢獻。由我國科學(xué)家完成有關(guān)的基礎(chǔ)研究，具有明顯的原始創(chuàng)新特色。本項目通過解析骨干親本形成與利用規(guī)律，將豐富和完善農(nóng)作物品種高效改良理論，架起從育種 材料 /種質(zhì)資源有效利用到作物高效育種的橋梁。 （四）取得重大突破的可行性分析 本項目將在以下 兩 個方面取得重大突破： 29 29 —— 闡明骨干親本與其它親本組配能夠衍生出眾多主栽品種的遺傳基礎(chǔ) ，將為創(chuàng)立骨干親本育種理論、提高育種效率、培育突破性新品種奠 定基礎(chǔ)； —— 從基因組和基因兩個層次揭示水稻、玉米骨干親本一般配合力的分子基礎(chǔ)和調(diào)控機制，可以將作物一般配合力由統(tǒng)計學(xué)和育種學(xué)的概念提升到遺傳學(xué)概念 。（詳見工 作基礎(chǔ)部分） 。 （ 3）技術(shù)路線保障： 本項目所采用的技術(shù)路線充分反映了本學(xué)科領(lǐng)域的研究特色和前沿研究趨勢，具有雄厚的研究基礎(chǔ)，又體現(xiàn)了研究思路的創(chuàng)新，能夠保障獲得原始創(chuàng)新性成果。 （ 5）條件保障： 骨干親本研究涉及到很多高技術(shù)的手段，要求有較先進的儀器設(shè)備、大田和溫室設(shè)施。 31 31 四、年度計劃 第一年度： 研究內(nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段 構(gòu) 成的 解析與演變趨勢 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料， 開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 系統(tǒng)研究不同時期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)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)建骨干親本的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜。 一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測交群體或完全雙列雜交群體為材料，開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時期 、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點， 結(jié)合骨干親本 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 以及 重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)，32 32 篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn)具有重要促進作用的候選骨干親本， 并通過育種實踐 予以驗證 。 分析重要基因 和基因序列變異 2~3 個 。 初步提出利 用骨干親本基因型數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)開展 水稻、小麥、玉米 候選骨干親本 選育以及 最佳親本組配的 算法 ； 初步 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。 培養(yǎng)博士研究生 3～ 5 名，碩士研究生 6～ 8 名。 第二年度： 研究內(nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段 構(gòu) 成的 解析與演變趨勢 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料， 開展 多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 系統(tǒng)研究不同時期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)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)建骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜。 一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測交群體或完全雙列雜交群體為材料，開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點， 結(jié)合骨干親本 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 以及 重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)，篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn)具有重要促進作用的候選骨干親本， 并通過育種實踐 予以驗證 。 分析重要基因 和基因序列變異 2~3 個， 闡明 1 個 基因 /等位基因的功能。 提出利用骨干親本基因型數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)開展 水稻、小麥、玉米 候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的 算法 ；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， 并付諸實踐 。 培養(yǎng)博士研究生 5～ 7 名，碩士研究生 8～ 10 名。 34 34 第三年度： 研究內(nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段 構(gòu) 成的 解析與演變趨勢 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料， 開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 系統(tǒng)研究不同時期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)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)建骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖 譜。 一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測交群體或完全雙列雜交群體為材料，開展多個生 態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時期、 不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點， 結(jié)合骨干親本 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 以及 重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)和 分子設(shè)計模型，篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物35 35 育種與生產(chǎn)具有重要促進作用的候選骨干親本， 并通過育種實踐 予以驗證 。 分析重要基因 和基因序列變異 3~4 個， 闡明 1~2 個 基因 /等位基因的功能。 初步建立 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， 并付諸實踐 。 培養(yǎng)博士研究生 5～ 7 名，碩士研究生 10～ 12 名。 第四年度： 研究內(nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段 構(gòu) 成的 解析與演變趨勢 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干 親本）及其衍生品種為材料，采用表型組學(xué) 、遺傳學(xué) 和基因組學(xué)等分析技術(shù)，研究不同時期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式， 初步闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)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)。 一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測交群體或完全雙列雜交群體為材料，開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點， 結(jié)合骨干親本 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 以及 重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)和 分 子設(shè)計模型，篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn)具有重要促進作用的候選骨干親本， 并通過育種實踐 予以驗證 ， 為創(chuàng)立骨干親本育種理論奠定基礎(chǔ)。 初步 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)；分析重要基因 和基因序列變異 3~4 個， 闡明 1~2 個 基因 /等位基因的功能。 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， 并付諸實踐 。 37 37 培養(yǎng)博士研究生 7～ 9 名，碩士研究生 12～ 14 名。 第五年度： 研究內(nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段 構(gòu) 成的 解析與演變趨勢 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料，采用表型組學(xué) 、遺傳學(xué) 和基因組學(xué)等分析技術(shù)，系統(tǒng)研究不同時期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)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， 精細 構(gòu)建骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜，為基于全基因組分子設(shè)計育種提供依據(jù)。 一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測交群體或完全雙列雜交群體為材料 ，利用分子標記、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等技術(shù)，以穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量性狀形成為主體，定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律，探討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遺傳學(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。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點， 結(jié)合骨干親本 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 以及 重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)和 分子設(shè)計模型，篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn)具有重要促進作用的候選骨干親本， 并通過育種實踐 予以驗證 ， 為創(chuàng)立骨干親本育種理論奠定基礎(chǔ)。 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)； 分析重要基因 和基因序列變異 5~6 個， 闡明 2~3 個 基因 /等位基因的功能 ； 發(fā)掘?qū)崿F(xiàn) 水稻、小麥、玉米 未來育種目標具有重要價值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因各 2~3 個 。 完善 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 ； 完善 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。 培養(yǎng)博士研究生 10～ 12 名，碩士研究生 14～ 16 名。 3