中国农业科学

中国作物种业科学技术发展的评述

盖钧镒，刘康，赵晋铭

中国农业科学. 2015, 48(17): 3303-3315. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.001

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《国务院关于加快推进现代农作物种业发展的意见》提出构建以产业为主导、企业为主体、“育繁推一体化”的现代农作物种业体系，全面提升中国农作物种业发展水平。国内外种业的发展推动了种业科学的形成和发展。种业科学是围绕“育繁推一体化”种业产业发展而形成的科学技术学科类群，作物遗传育种是其中的一部分，它和种子生产的理论与技术、种子示范和营销的理论与技术构成了种业科学技术的主体，在相应的遗传、生理、信息技术、政策法规等学科知识的配合下成为相对集中的学科体系。中国的种业科学技术体系正在形成与完善之中。文章在回顾作物育种科学技术进展包括传统的作物育种科学技术和现时分子生物育种研究热点的基础上，归纳出现时重要的8个育种理论和技术问题，继而回顾了作物种子生产和示范推广科学技术的进展，并在此基础上探讨了中国种业科学技术发展的策略和建议。提出要围绕种业发展的需求，建成相对完整的种业科学技术学科体系；要顶层设计，建设成企业种业科技和公益性种业科技两支相互补充、相互配合的种业科学技术研发力量；要优先研究和解决种业发展中的重大科学技术问题，其中包括规模化育种技术，资源富集、遗传解析与创新，常规育种的分子辅助技术，转基因育种与安全技术，品种区域适应性试验制度与品种审定制度的完善，配齐种业基础性公益性研究并确立种子生产标准化体系，加强作物杂优化研发使杂种化成为中国未来种业的特色等。

作物基因组学与作物科学革命

贾继增，高丽锋，赵光耀，周文斌，张卫健

中国农业科学. 2015, 48(17): 3316-3332. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.002

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作物科学的发展对于世界粮食的增产起着重要的作用。本文回顾了第一次绿色革命的历史。通过比较中国与国际上矮化育种时间、矮源的来源以及同期主要绿色革命国家产量的提高幅度，证明中国应该是第一次绿色革命的策源地与发起国之一。包括“中国绿色革命”、杂交水稻等成果在内的中国作物科学研究成果对中国及世界作物生产作出了突出的贡献。当前中国的作物生产面临着严峻的挑战。第一次绿色革命之后的数十年间，中国小麦等主要粮食作物遗传改良年增长仅为0.7%—0.9%，远低于1.7%的需求；肥水利用效率仅为发达国家的1/3；机械化程度虽有较大的提高，但与发达国家相比仍有较大差距；农产品品质不能满足人们的需求，食品安全存在较大问题。鉴于上述情况，目前迫切需要开展一场以“更高产、更高效、更优质、更环保”为主要目标的新的绿色革命。尽管传统的作物科学对作物生产作出了巨大的贡献，但事实证明，仅靠传统的作物科学难以完成新的绿色革命重任。作物基因组学是当前生物科学领域发展最为迅速的一门新兴学科。当前大多数作物基因组测序已经完成，标志着作物科学已经进入基因组时代，为基于基因组学的作物科学研究奠定了基础。基因组学的发展正在促进作物科学在以下4个方面取得重要进展：（1）促进作物种质资源核心种质构建、重要农艺性状基因的克隆与种质资源的开发与利用，推动种质资源变异组学科的形成；（2）促进作物育种理论与育种方法的重大突破，推动育种基因组学的形成与发展；（3）推动环境条件与栽培措施影响基因表达调控的影响机制研究，一批受环境因素调控的基因将被发现，促进栽培学研究向栽培基因组学的方向发展；（4）迅速提高特色作物的研究水平，缩小作物间研究差距。当前是作物科学发展史上前所未有的高速发展时期，种质资源变异组学、育种基因组学与栽培基因组学的发展将引起作物科学的革命，并将由此引发新的绿色革命。文中分析了中国当前在研究队伍的组织、研究题目与研究材料的选择与研究成果的转化等方面存在的问题，并提出了解决方法及发展方向。

基于基因组学的作物种质资源研究：现状与展望

黎裕，李英慧，杨庆文，张锦鹏，张金梅，邱丽娟，王天宇

中国农业科学. 2015, 48(17): 3333-3353. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.003

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作物种质资源工作涉及面很广，包括种质资源的收集、编目、保护、繁种更新、分发利用与信息系统建立等基础性工作，作物起源、驯化与传播、种质分类、民族植物学与传统知识研究等基础研究，遗传多样性评价、重要性状表型鉴定、种质资源基因型鉴定、基因发掘和种质创新等应用基础研究。经过近百年的努力，种质资源的基础性工作已卓有成效，作物种质资源保护与共享利用体系基本建立。但由于主要基于形态学的传统研究思路和方法存在很多先天不足，种质资源基础研究和应用基础研究一直举步维艰，效率低下。随着分子标记技术和第二代测序技术的快速发展，基因组学理论和方法不断深入到种质资源研究的多个层面，使种质资源保护和创新利用发生了研究思路和方法学上的变革。基因组学研究成果为种质资源的有效收集和保护提供了理论指导，也为阐明作物起源和演化、全面评估种质资源结构多样性提供了核心理论和技术，同时大幅度提高了基因发掘和种质创新效率。特别是全基因组测序、重测序和简化基因组测序技术不断成熟，使在全基因组水平上比较不同种质资源基因组变异成为可能；在此基础上，可阐明农作物起源以及驯化、改良和传播对种质资源形成的影响，明确现有种质资源和野外种质资源群体结构和遗传多样性，提出种质资源异地保存和原生境保护的最佳策略；结合表型鉴定数据，利用连锁分析和关联分析等基因组学方法，可高效发掘种质资源中蕴含的新基因和有利等位基因，提出其利用途径和具体方案，并在种质创新过程中充分利用基因组学研究成果提高创新效率。文章评述了基因组学在种质资源研究中的应用现状，特别是在种质资源基因型鉴定、异地保存和原生境保护、作物起源与进化研究、结构多样性分析、新基因发掘和种质创新等方面的应用情况及其发展趋势。提出了今后的发展方向和工作重点，强调把基因组学理论和方法与作物种质资源研究紧密结合，为种质资源的有效保护和高效利用提供强有力的理论、技术、材料与信息支撑。

作物科学中的环境型鉴定（Envirotyping）及其应用

徐云碧

中国农业科学. 2015, 48(17): 3354-3371. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.004

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全球气候变化正在对地球的环境产生日益重要的影响，而作物生产取决于作物基因型和环境之间的相互作用。利用现代生物学技术可以在分子水平上精细解析作物的基因型及其各个遗传组分对于表现型的贡献；然而对于作物具有重大影响的环境因子，目前，只能通过作物在不同环境下的表现型来推测其综合作用，或对整个试验区的个别环境因子进行对比分析，因而无法对各类环境因子进行深入剖析。笔者首次在国际上提出了环境型鉴定概念，并创造了一个英文新词etyping来表示。在本文中，环境型鉴定用envirotyping来代替。环境型（envirotype）用来描述包括所有影响作物不同生长发育阶段的内部和外部环境因子及其各种组合，外部环境因子主要包括水、肥、气、热、光、土壤、耕作制度和伴生生物等；而环境型鉴定用来表述对所有环境因子的解析和测定。环境型信息可以通过多种方式采集。作物多年多点区域试验积累了大量相关试验点的环境数据；地理信息系统（geographic information system，GIS）和土壤信息系统积累了大量气候、天气、土壤的数据；小型气象站可以监测小范围的天气、降雨、温度、气流等气象因子。众多环境检测仪器的使用，可以大规模采集与植物冠层、植物周边甚至单个试验小区和单个测试材料有关的土壤、光照、温度、水分、病虫害、伴生生物等外界环境因子。环境型信息将日益广泛应用于环境及其特征性鉴定、作物基因型-环境型互作、表现型预测、病虫害流行预测、近等环境型（near iso-envirotype）确定、作物对特定环境的反应研究、农艺组学（agronomic genomics）、精准高效农业等。展望未来，环境型鉴定需要将研究对象聚焦在单个材料的水平，实现单个材料的相关环境因子不同阶段的动态鉴定；需要开发和建立与基因型、表现型相结合的综合信息系统以及相应的决策支撑系统；环境型信息将最终有助于建立基于基因型-表现型-环境型的三维作物生产和研发系统，从而使未来作物育种中的选择建立在此三维空间概念的基础之上，并推动高产高效作物生产体系的建立。

中国转基因棉花研发应用二十年

郭三堆，王远，孙国清，金石桥，周焘，孟志刚，张锐

中国农业科学. 2015, 48(17): 3372-3387. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.005

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转基因技术是指利用重组DNA原理，将优良目的基因整合到靶标生物基因组中，并使靶标生物得以表达目的性状的技术。这一技术克服了生物有性杂交的限制，使物种间基因交流的范围无限扩大，既可以从原核生物到真核生物，也可以从单细胞生物到多细胞生物，还可以从低等生物到高等生物，反之亦然。因此，这项技术自发明以来，即广泛应用于农业、林业、医学等领域，为其研究开辟了一个全新的时代。转基因植物是以农杆菌等为媒介，将来源于动物、植物或微生物等其他生物甚至人工合成的外源基因转入基因组中，使之稳定遗传并赋予其靶标性状，如抗病、抗虫、抗逆、高产、优质等的植物。以1972年构建第一个重组DNA分子为契机，1983年首次获得转基因烟草为起点，植物转基因技术在近30年的时间内发展迅猛，至今已有200多种植物已成功获得转基因株系，40多种数千例转基因植株进入田间试验。根据国际农业生物技术应用咨询服务中心（ISAAA）统计，全球转基因植物的种植面积由1996年的260万hm2已经迅速增到2014年的1.815亿hm2，累计种植面积大约比中国国土总面积还多80%。在全球转基因植物研发和应用迅猛发展的同时，中国也先后批准了7种转基因植物的生产应用，其中，抗虫棉是唯一大规模应用的转基因农作物。从1994年中国研制成功国产单价抗虫棉（GK），以及1995年美国保铃棉进入中国至今，抗虫棉已经在中国推广应用了近20年的时间。文章介绍了这20多年来，中国科学家在抗虫、抗旱耐盐碱、抗除草剂、抗病以及纤维品质改良等性状方面所取得的转基因棉花研究进展；在农杆菌介导、基因枪轰击、花粉管通道介导、茎尖或芽尖转化、农杆菌液浸染和纳米载体花粉介导等不同转化技术上所进行的探索；同时，介绍了中国转基因植物的安全性评价状况，并从抗虫棉品种审定、发展趋势和产业化状况几个方面，介绍了转基因抗虫棉在中国的应用，最后对未来转基因棉花研究方向进行展望。

黄淮麦区小麦品种的高产潜力与实现途径

茹振钢，冯素伟，李淦

中国农业科学. 2015, 48(17): 3388-3393. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.006

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黄淮麦区是中国冬小麦的主产区和高产区，对中国小麦生产以及国家粮食安全起着重要作用。针对中国人多、地少的基本国情，以及耕地资源非农化、耕地利用非粮化的发展现状，指出未来提高小麦总产的根本出路在于提高单产。要充分挖掘小麦高产潜力，培育高产品种是进一步提高单产的重要途径。文章根据黄淮麦区的生产条件及生态特点，分析不同时期高产品种产量结构的发展变化趋势，指出在大田条件下实现小麦高产潜力，千粒重与穗粒数并重是小麦新品种的发展方向。并从机械化生产对品种的要求出发，探讨了黄淮麦区小麦高产品种的高产空间与创育思路，提出进一步挖掘黄淮麦区小麦品种高产潜力的有效途径：（1）小麦高产潜力的实现，应重新认识和定位穗光合在产量形成中的作用，要充分挖掘和利用穗器官的光合优势，培育穗叶高光效品种。小麦穗器官除具有空间优势外，其光合特点类似于C4途径或介于C3—C4中间型，籽粒呼吸释放的CO2能被穗光合再次固定。鉴于穗光合对籽粒产量形成的较大贡献，应强化绿穗灌浆特性，发挥穗器官的光合优势，提升穗粒重。（2）提高单产水平，必须注重群体生物产量的提高。在保持现有收获指数基本不变的情况下，提高茎秆强度，实现植株高大化、密植化，能有效改善群体穗叶空间结构。通过调节生长发育节律，培育小叶、壮秆、大穗型新品种，实现小麦高生物产量。高生物产量品种还应拉开穗层，使穗层由一层增至三层，能有效提高单位面积容穗数。（3）小麦杂种优势利用已日趋成熟，有效利用杂种优势是今后挖掘高产潜力的重要途径。利用杂种优势挖掘高产潜力需同时兼顾品质性状的优化，充分考虑多个品质性状间的协调稳定。可通过多穗大穗实现高产，通过提高强势小花结实比例稳定品质，从而实现高产与优质并重发展。挖掘小麦产量潜力是一个长期的动态过程。文章旨在通过协调各种产量形成影响因素，最大限度地挖掘黄淮麦区小麦的高产潜力，为中国黄淮麦区的小麦高产育种实践提供思路和方法借鉴。

中麦175高产高效广适特性解析与育种方法思考

何中虎，陈新民，王德森，张艳，肖永贵，李法计，张勇，李思敏，夏先春，张运宏，庄巧生

中国农业科学. 2015, 48(17): 3394-3403. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.007

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解析中麦175的高产潜力、水肥高效特性、优良品质及广泛适应性机理将为培育突破性新品种提供理论指导和实用信息。(1)中麦175穗数容易达到750个/m2，收获指数高达0.49，穗数多和收获指数高实现高产潜力奠定基础；矮秆及茎秆弹性好与株型紧凑、叶片小且直立为穗多、不倒伏提供保障。(2)千粒重与株高对水分反应敏感性低，灌浆中后期叶片衰老速度慢，灌浆速度快，这是其水分利用效率高和在旱肥地表现突出的主要原因；中麦175产量的水分敏感指数为0.86，而京冬8号为1.13。(3)氮肥吸收和利用效率皆高，穗粒数和千粒重对肥料敏感性低，为肥料高效利用奠定基础；在6种不同施氮水平下，中麦175的产量均高于京冬17，氮肥施用量对穗粒数和千粒重影响小。良好的根系为肥水高效利用提供保障。(4)籽粒软质，面筋强度中等偏弱、延展性好，面粉颜色亮白，为面条和馒头兼用型品质奠定基础；锌高效吸收运转使籽粒锌含量高，具备较高营养价值。(5)含有光周期不敏感基因Ppd-D1b、肥水高效、抗寒、耐高温和抗病性等为中麦175的广适性和跨区域种植提供保障。本研究为高产高效广适性新品种培育提供了重要经验和理论支撑。

中国水稻高产栽培技术创新与实践

朱德峰，张玉屏，陈惠哲，向镜，张义凯

中国农业科学. 2015, 48(17): 3404-3414. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.008

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水稻是中国主要粮食作物，也是单产最高的粮食作物。文章利用中国农业统计年鉴数据和国内外文献资料，分析了中国水稻高产栽培技术创新与实践的成功经验、存在问题和稻作技术发展趋势。探讨了中国的水稻生产经历4个阶段的特点，良种良法配套对水稻增产的贡献，不同阶段创新的稻作技术；简述了全球水稻栽培技术发展的特点；回顾了中国矮秆品种、杂交稻及超级稻品种更替及其配套栽培技术创新；剖析了水稻高产栽培存在的新问题；对水稻高产栽培技术的未来发展进行了展望。创新与品种生育特性配套的水稻种植制度、生产模式和环境协调的栽培技术，发挥品种产量潜力和应用，可以实现增产增效，促进水稻产业发展，改善生态环境和提高资源利用效益。

数字植物研究进展：植物形态结构三维数字化

赵春江，陆声链，郭新宇，杜建军，温维亮，苗腾

中国农业科学. 2015, 48(17): 3415-3428. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.009

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数字植物围绕农林植物生命、生产和生态系统的多维信息高效感知和认知的理论、技术和方法，通过多学科交叉合作，研究农林植物-环境3D数字化、高通量信息获取、情景感知、信息融合、结构和功能模拟、数字化设计和精准管理决策等数字农业的关键性、基础性以及共性理论和技术问题。植物形态结构的三维数字化是数字植物研究的重要组成部分，近年来很多学者从植物组织、器官、植株和群体等不同尺度，或者从植物根系和地上部等不同视角，围绕植物形态结构的参数测量、几何结构解析、三维模型构建、结构与功能建模，以及三维植物模型真实感展现等需要，开展了更深入的研究。在组织尺度方面，随着MRI、CT、显微成像等技术产品的不断成熟，使得利用这些先进测量仪器获取和测量植物组织内部结构数据成为可能，并被越来越多的研究者采用，成为进行植物内部形态结构测量和分析的有效手段。在植物根系的三维数字化方面，由于植物的根普遍生长在土壤里，观察和测量十分困难。虽然近年来XCT、MRI等穿透射线成像技术已越来越多地用于根系的形态结构探测，但这类技术往往仅能获取范围较小的根系局部数据，且价格昂贵。因此植物根系形态结构的准确、无损（原位）、快速测量仍然是一个挑战。在群体尺度方面，基于实测数据的三维重建逐渐成为植物群体三维重建的主要途径，研究者正试图从激光三维扫描仪获取的植物群体三维点云中提取群体的形态参数并实现群体的三维重构。而在三维植物模型的真实感绘制方面，如何准确地测量各种植物器官的光学特性并建立相应的数学模型是当前的研究重点，虽然已有不少研究者提出了相应的解决方案，但这些方法在便捷性和普适性方面仍然难以令人满意，有待更多深入研究。笔者最后结合相关领域的技术进展对数字植物的进一步研究进行了展望。

大数据推动农业现代化应用研究

许世卫，王东杰，李哲敏

中国农业科学. 2015, 48(17): 3429-3438. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.010

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中国农业发展面临资源环境约束日益趋紧，农产品国内外市场“双重挤压”，农业稳产、农民增收困难等严峻挑战，亟需转型升级、优化结构和提质增效。大数据作为一种与材料和能源一样的新型战略资源，在生产要素耦合、农业系统协同等方面发挥着重要作用，正成为驱动农业现代化发展的重要力量。目前，大数据技术在农业信息获取、分析处理和综合服务等方面取得了多方面的研究进展，并在精准生产决策、食品安全保障、消费需求挖掘和市场贸易引导等方面开始应用。面对当前及未来一段时期内农业转型升级的艰巨性和漫长性，应该建立大数据技术创新与组织创新的双重驱动机制。技术上，重点加强数据科学与农业科学交叉融合，夯实现代农业基准数据基础，快速突破适农智能模型分析处理技术以及推动数据服务持续创新；组织上，树立数据意识，加强数据立法，完善数据顶层治理结构，尤其要处理好数据安全与数据开放共享等关系。

小麦条锈菌致病性及其变异研究进展

康振生，王晓杰，赵杰，汤春蕾，黄丽丽

中国农业科学. 2015, 48(17): 3439-3453. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.011

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小麦条锈病（wheat stripe rust or yellow rust）是一种气传性的低温真菌病害，在所有小麦产区均可暴发流行，造成巨大的产量和经济损失，严重威胁着小麦的安全生产。其病原条形柄锈菌小麦专化型（Puccinia striiformis West. f. sp. tritici Eriks. & Henn.，Pst）为严格专性寄生真菌，致病性变异频繁，常造成小麦品种抗条锈性“丧失”，引发病害大流行。因而，从20世纪50年代起，条锈菌致病性变异的研究一直备受关注，并已开展了大量的研究工作。本文从小麦品种抗病性丧失、条锈菌致病性变异途径、条锈菌群体遗传、条锈菌基因组和功能基因组以及条锈菌效应蛋白等不同方面概述了近年来取得的重要研究进展，提出了未来条锈病防治上面临的问题和挑战；以期通过准确预测条锈菌优势小种、合理利用和布局抗病基因、利用新策略创制新型持久广谱抗病材料，不断优化和完善小麦条锈病综合治理技术体系，实现小麦条锈病可持续控制。

中国农业昆虫基因组学研究概况与展望

张传溪

中国农业科学. 2015, 48(17): 3454-3462. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.012

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昆虫种类繁多，变异惊人，是地球上最大的动物类群，其中不少种类是农业上的重要害虫或益虫。自从2000年黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）基因组发表以来，当代的昆虫学研究已经越来越多地依赖于从基因组和转录组所获得的信息。为了更好地理解昆虫生物学特性和增强应对那些严重影响人类健康、粮食供应和经济安全的各种卫生、农林害虫的能力，更好地利用那些在维持自然和农业生态系统不可或缺的昆虫以及那些为人类提供丝、蜂蜜和药品的昆虫，需要了解它们的基因组和转录组信息。目前世界上已经有50多种昆虫的基因组被报道，近10年来中国科学家也已经完成了家蚕（Bombyx mori）、小菜蛾（Plutella xyllostella）、东亚飞蝗（Locusta migratoria manilensis）、榕小蜂（Ceratosolen solmsi）和褐飞虱（Nilaparvata lugens）的基因组测定和分析，还有一批重要农业昆虫的基因组正在分析中，这其中包括烟粉虱（Bemisia tabaci）、斜纹夜蛾（Spodoptera litura）、二化螟（Chilo suppressalis）、白背飞虱（Sogatella furcifera）、灰飞虱（Laodelphax striatellu）和若干寄生蜂种类。自从2010年中国率先在国际上报道了2种昆虫（烟粉虱和褐飞虱）的转录组和表达谱以来，短短几年仅国内就已经有上百个昆虫转录组得到分析。同时，家蚕、东亚飞蝗和褐飞虱的功能基因组研究也取得了很大的进展, 例如，用40个品系重测序揭示了家蚕在驯化过程中相关的基因变化，通过信号通路分析解析了东亚飞蝗散居型和群居型转换的分子机制，以及发现了2个胰岛素受体是控制稻飞虱长、短翅型可塑性发育的“分子开关”。在基因组和转录组基础上，通过基因功能的研究和挖掘，结合应用新的基因组定点编辑技术和RNAi技术，将使害虫的防治和益虫的利用出现革命性的变化。

中国设施蔬菜害虫天敌昆虫应用研究进展

张帆，李姝，肖达，赵静，王然，郭晓军，王甦

中国农业科学. 2015, 48(17): 3463-3476. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.013

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设施蔬菜是现代农业生产中极为重要的组成部分，而且设施蔬菜的发展不仅使蔬菜生产的品种和产量得到快速增长，也为有机蔬菜的发展创造了有利条件。但是，设施蔬菜种植条件也给害虫提供了适宜生长、繁殖和危害的生态环境，严重影响了蔬菜的质量和产量，成为制约设施蔬菜产业进一步发展的关键因素。化学农药的长期使用带来了一系列的生态环境和食品安全问题，而治理化学农药污染不仅要求逐步减少其使用量，更需要寻求优化升级与替代传统防治方法的技术。天敌昆虫作为传统的生物防治产品，在控制设施蔬菜虫（螨）害，保证其产量和品质中起着不可替代的作用。随着人们环境保护意识的加强和绿色农业的发展，以天敌昆虫释放为主的生物防治技术在害虫综合治理（IPM）中发挥着越来越重要的作用。中国的天敌资源非常丰富，但目前在设施蔬菜生产中应用的种类相当有限。经过几十年的努力，中国在设施蔬菜害虫生物防治及应用领域开展了大量的研究工作，在天敌昆虫资源和应用基础、技术研发和配套技术及应用等方面取得了较大进展。本文概述了设施蔬菜害虫的主要发生种类及其危害特点、主要害虫天敌资源及其生物防治的技术途径等，重点介绍了蚜虫、粉虱、叶螨、蓟马等几种重大害虫的生物防治实例，并分析了中国天敌昆虫人工繁殖（人工饲料、规模化生产）的研究进展。此外，还综述了中国温室蔬菜害虫的天敌应用技术研究成果，从天敌昆虫保护利用、释放技术、控害效果评价、规模化生产等方面对设施蔬菜应用天敌昆虫进行生物防治中存在的问题进行了讨论，并展望了该领域的未来发展方向。

植物营养与肥料研究的回顾与展望

白由路

中国农业科学. 2015, 48(17): 3477-3492. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.014

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文中回顾了1840年以来植物营养与肥料科学的重大成就和有影响的事件，并针对目前有歧义的问题进行了详细论述。在植物营养生理与生物学方面对植物营养必需元素、营养元素的吸收与转运、营养元素的转移与再利用、菌根在植物营养中的作用、植物营养与植物抗病性，化学诊断中的植物有效养分提取、养分测定和目前进行的光谱诊断等进行了回顾。论述了施肥模型、精准施肥技术和灌溉施肥技术的发展。分析了施肥模型中养分分级模型、肥料效应函数模型、养分平衡模型和DRIS方法。综述了施肥对温室气体排放、肥料对环境污染等。介绍了目前主流的肥料品种和国际肥料资源概况。论文还对未来植物营养与肥料科学发展进行了展望，指出提高肥料利用率是解决肥料问题的关键；解决蔬菜施肥过量需要理论与技术的支撑；养分高效基因的开发与利用需要在正常养分条件下进行；施肥新技术是提高肥效的重要措施；同时还需要立足当前可用肥料资源发展肥料产业。植物营养与肥料学科的发展与人们所面临的人口、资源和环境息息相关，肥料的施用既是保证食物安全的需要，同时也给环境造成了巨大的压力。使用最少肥料，获得最多的食物是今后植物营养与肥料学科努力的方向。

蓝水和绿水视角下划定“中国农业用水红线”探索

李保国，黄峰

中国农业科学. 2015, 48(17): 3493-3503. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.015

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水是制约中国粮食生产的最重要因素。实现中国粮食安全和口粮安全的战略目标必然要求粮食的持续增产，而粮食增产对水资源需求的增长又是刚性的、不可减少的。在多部门用水需求加大的情况下，如何保证农业用水量是亟待解决的科学和决策问题。文章首先回顾了国内外水资源管理领域的最新进展，总结了以“蓝水”（耕地灌溉）和“绿水”（耕地降水）理念为核心的农业水管理分析范式的转变。在基于蓝水和绿水视角下的“广义农业可用水资源”的概念和计算基础上，分析了1998—2012年中国农业（种植业中四大主要粮食作物）用水、耗水和水分生产力，并基于此提出了“农业用水红线”。根据研究时段内15年的中国粮食水分生产力的变化趋势，推导出2020年生产5.5×10⁸ t粮食所需要的农业用水红线的蓝水分量的高、中、低值。并根据近15年来广义农业可用水资源量中的绿水分量，推导出农业用水红线中绿水分量的高、中、低值。结果显示，到2020年，中国保证粮食安全的灌溉水需求总体平均在3 800×10⁸ m³左右，而农业用水红线中绿水分量平均在4 500×10⁸ m³左右。本研究最后提出了划定和实施农业用水红线的相关政策建议：从保护农业用水红线的角度，严格保护和实施“18亿亩耕地红线”；建立、健全完整、完善的蓝水和绿水测量和监督体系；加强以耕地土壤水为中心的农业用水和耗水管理；利用各地水热资源特点，调整种植结构；继续提高灌溉的保证程度；加强耕地基础设施建设，提高高标准农田和旱涝保收耕地面积和比例。本研究对回答农业部提出的治理农村环境污染“一控两减三基本”的基本方针中的“一控”中的“控水的底线（即农业用水红线）是什么？”具有重要的理论和实践参考价值。

基于文献计量的园艺学基础研究发展状况分析

刘彬，邓秀新

中国农业科学. 2015, 48(17): 3504-3514. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.016

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【目的】了解基于SCI收录文献视角的园艺学基础研究发展状况，为相关科研工作者和管理决策者提供参考。【方法】运用文献计量学的方法，通过WoS和Citespace对2005-2014年间以60余种常见园艺植物为题目的SCI收录文献进行文献总量、年度分布、篇均他引次数、h指数、研究机构、高影响因子期刊载文量、文献研究方向及研究热点的分析。【结果】10年间，以所选60余种常见园艺植物为题目的SCI收录文献数量逐年上升，中国的文献数位居全球第二位，仅次于美国。2010-2014年，中国园艺学文献数跃居全球第一。对2005-2009年与2010-2014年之间的文献进行比较，以相关果树为题目，中国的文献所占比例从8.40%上升到15.68%，文献数排名从第3位上升到第2位；在文献数排名前10位的国家中，中国文献的篇均他引次数从第5位上升到第4位，h指数排名从第3位上升到第2位；文献数量全球最多的25个科研机构中，中国的科研机构从4家增加至7家。以相关蔬菜（含西甜瓜）为题目，中国的文献所占比例从8.79%上升到16.90%；文献数两个5年中排名均居第2位；在文献数排名前10位的国家中，中国文献的篇均他引次数两个5年中排名均居第6位，h指数从第5位上升到第2位；文献数量全球最多的25个科研机构中，中国的科研机构从3家增加至5家。以相关花卉和茶为题目，中国的文献所占比例从14.12%上升到26.14%，文献数排名从第3位上升到第1位；在文献记数排名前10位的国家中，中国文献的篇均他引次数两个5年均居第7位，h指数排名从第3位上升到第2位；文献数量全球最多的25个科研机构中，中国的科研机构从3家增加至8家。10年间，生物学领域高影响因子杂志刊载中国园艺学文献数排名从第8位上升到第5位；文献数量全球最多的25个科研机构中，中国的科研机构从1家增加至3家。研究方向分析显示，中国园艺学文献在生物化学与分子生物学方向比例较多，但在农学和昆虫领域的文献比例较少。目前园艺学的研究热点主要集中在功能基因挖掘与组学研究、果实的发育与成熟以及多酚类物质研究等3个领域。【结论】近5年，中国园艺学被SCI收录文献的数量在增加，产出已居世界第一，但质量提升还未跟上；中国园艺学研究侧重于分子和组学等偏基础研究方向，与农业结合相对紧密的研究文献数量比例偏少；未来应加强问题导向的研究，布局上应更加贴近产业各环节的问题，持之以恒，形成特色。

设施园艺发展概况、存在问题与产业发展建议

蒋卫杰，邓杰，余宏军

中国农业科学. 2015, 48(17): 3515-3523. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.017

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近年来中国设施园艺产业发展迅速，在农产品供应、农民增收和农村经济繁荣方面发挥了重要作用，在作物栽培管理技术、环境控制技术和温室工程技术及配套装备等方面也取得较迅速的发展。文章概述了国内外设施园艺的发展概况与趋势，从设施装备、科技含量、连作障碍等方面分析了目前中国设施园艺存在的主要问题。根据实际情况对中国设施园艺的持续发展提出了相关的重点研究方向，要加强温室结构装备和环境精确控制技术、无土栽培技术、病虫害可持续控制技术、连作障碍克服技术、设施园艺专业品种培育技术等的研究。并从加强政策宏观调控，加大科技创新投入力度，加强设施装备标准化发展，完善园艺产品供求预警及构建质量安全控制长效机制等方面提出了产业化发展措施与建议。

主要果树果实品质遗传改良与提升实践

陈学森，郭文武，徐娟，丛佩华，王力荣，刘崇怀，李秀根，吴树敬，姚玉新，陈晓流

中国农业科学. 2015, 48(17): 3524-3540. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.018

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全面总结分析国内外果树果实品质改良现状、中国果树品质改良与发达国家的差距与成因，在此基础上系统阐述柑橘、苹果、梨、桃及葡萄等主要果树果实品质遗传改良的目标、技术途径与成果、品质性状遗传倾向、芽变机理，并举例阐述柑橘原生质体融合与无核品种创制、功能型苹果及其育种技术体系创建、早熟核果类果树品种和无核葡萄胚培育种、野生樱桃李资源品种化及转基因缩短童期新技术等方面取得的突破性进展。最后针对中国果实品质改良提出几条建议：进一步加强野生果树资源评价及亲本利用研究，努力拓宽栽培品种的遗传基础，协同提升果实品质；进一步开展细胞工程等生物技术以及芽变机理和性状遗传变异规律研究，建立生物技术与常规技术结合、杂交育种与芽变选种优势互补的果树果实品质高效改良技术体系；进一步加强新品系的国际品种区域栽培试验及国际品种权申请与保护，培育国际性的果树“大品种”。

中国粮食加工科技与产业的发展现状与趋势

姚惠源

中国农业科学. 2015, 48(17): 3541-3546. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.019

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中国是世界粮食生产和粮食加工大国，米面加工能力和产量均居世界之首，米面产品结构不断优化、总体质量水平明显提升，加工企业规模和生产集中度显著提高，工业化生产和加工装备水平提升。但在产业规模化、产业链建设、粮食资源高效利用及科技自主创新能力方面与发达国家尚有一定差距；对中国粮食加工科技与产业发展中尚存在的问题及成因进行分析，主要问题是发展方式比较粗放、初加工产能相对过剩、粮食加工产品质量安全和保障体系不够完善、主食品工业化水平不高，主要成因为基础研究薄弱，技术创新跟不上产业发展的需求；同时展望了中国粮食加工业的发展前景，要更加推进产业结构调整与升级，提高科技成果转化率，提升关键装备自主化率水平，加速提高产品质量安全水平,加强全谷物食品的研发与推广。未来10年，中国粮食加工的区域布局和产业结构将更加合理、产品将更加丰富多元、质量更加绿色安全。

全球口蹄疫防控技术及病原特性研究概观

刘在新

中国农业科学. 2015, 48(17): 3547-3564. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.17.020

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口蹄疫是危害猪牛羊等主要家畜畜种的疫病，可造成巨大的经济损失，引发严重的负面社会影响，被中国政府列在一类动物疫病的首位。中国猪、牛、羊养殖量最大、邻国众多，防控口蹄疫不仅对本国农牧业发展起关键作用，而且对全球口蹄疫防控有重要意义。目前，除一些发达国家消灭了口蹄疫并保持着无疫状态外，口蹄疫仍在众多发展中国家流行或散发。中国周边口蹄疫疫情不断，对中国造成高压威胁，近年流行的O/ME-SA/PanAsia、O/SEA/Mya-98和A/ASIA/Sea-97病毒均是传入的。从周边流行的病毒、流行的频率和循环的区域位置判断，O/PanAsia-2、A/Iran-05、Asia1/Sindh-08和O/Ind-2001病毒未来威胁依然较大。几十年来，中国不断完善各级兽医服务体系，充分发挥国家口蹄疫参考实验室科研带动、技术指导、疫情监控的职能，采取疫苗强制免疫为主的防控政策，卓有成效。依照世界动物卫生组织（OIE）推荐的口蹄疫渐进控制路线图（PCP-FMD），中国目前处于阶段3。推进口蹄疫防控效果进入更高阶段，关键在诊断检测技术和疫苗。自主研发的液相阻断ELISA、非结构蛋白3ABC抗体检测ELISA、多重RT-PCR等已达世界先进水平，有力支撑了中国口蹄疫诊断检测工作，并在朝鲜、越南等国应用。新一代测序、胶体金和纳米示踪材料标记免疫层析和生物反应效应分子检测等更精准便捷的新技术，未来也有望在口蹄疫诊断中实现应用。全病毒灭活疫苗免疫效力最优，是目前应用的主要疫苗，但存在干扰鉴别诊断等缺陷。随着免疫学理论和基因工程技术的进步，发展和应用标记疫苗、活载体疫苗、表位蛋白疫苗和病毒颗粒样疫苗等新型疫苗是未来的趋势。近十余年来，反向遗传操作凭借其定向改造基因组等强大技术优势，不仅促进了标记疫苗等新型基因工程疫苗的研发，而且推动了口蹄疫病毒宿主嗜性、复制机制、受体利用和先天性免疫应答等方面的基础研究，取得的研究成果必将有力推动防控应用型研究的进步。

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