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一级学科

作物学

时间:2016-05-30  来源:四川农业大学 农学院     点击数:

一、学科概况

一)学科发展趋势及建设意义

1、学科建设意义

1)本学科建设对支撑西南地区粮食安全与粮经产业的持续发展具有重大意义

我国西南地区地域辽阔,人口众多,种植业对解决当地口粮,带动生猪、白酒、烤烟、蔗糖等产业发展具有突出的地位和作用。玉米、水稻、油菜、小麦、薯类作物、烟草和中药材是该区域主要的粮经作物,其中玉米常年播种面积5854.9万亩,总产量1837.9万吨,是我国的三大主产区之一;水稻常年播种面积6672.3万亩,总产量3121.4,占全国总产量的16%;马铃薯、甘薯等薯类作物常年播种面积5065.2万亩,产量达1127.8万吨,占全国主产量的37%。除此之外,该区域的云南、贵州、四川是我国重要的烟草产区,烟草栽培面积占世界的六分之一,上缴税利居各行业之首,是国民经济重要支柱之一。

但是,该区域农业生产条件相对较差,现代农业发展相对滞后。改革开放以来,西南地区农业发生了翻天覆地的变化,农民已基本解决了温饱,但面临人口增加、耕地减少、人均占有农业资源少;自然灾害发生频繁、农业抗灾减灾能力较差;土地退化严重、污染面积加大;选育出的新品种多,但其遗传潜力常常没有充分发挥等制约,在新形势下,保证粮食安全压力十分巨大。

作物生产的突出特征是受各种自然环境条件的制约,具有鲜明的地域性。本学科已有研究工作为西南地区乃至全国作物生产的发展做出了巨大贡献。通过本学科建设,以高产、优质、高效、安全、生态为目标,挖掘区域资源潜力和品种高产潜力,推动西南地区粮经产业升级和现代农业的发展,对解决该区域粮食安全,增加农业效益,促进农民持续增收,实现农业可持续发展,发展区域经济,促进民族团结和保障社会稳定具有重大意义。

2)本学科建设对增强我国农业生物产业的竞争力具有十分重要的支撑作用

我国是农业大国,农业生物产业已成为国家稳定和持续发展的重要支撑。近年来,基因资源的鉴定、创新和利用方法不断更新和高度自动化、智能化,新的功能基因发掘及其新品种育成的速度成倍加快,大大加快了农业生物产业的发展步伐。发达国家已开始有计划、大投入地展开跑马圈地式的垄断争夺,种子战争已进入白热化。

据统计,世界前十强的种业企业在世界种子贸易中所占的份额达到24%,而我国前十强种业所占份额仅为0.8%。西南区域地域辽阔,人口众多,农业特别是种植业在该地区各省经济中具有突出地位和作用。因此建设具有生态区域特色和优势地位的我校作物学科,获得我国具有自主知识产权的强优势广适性作物种质资源、基因、骨干亲本和突破性新品种,使作物研究成果更快速、更高效和持续开发利用更好地服务社会,增强国家农业生物产业竞争力,为我国农业的可持续健康发展提供物质基础和强劲动力。

3)本学科建设将极大提升西南地区作物学科的科学研究创新能力

高水平学科建设是学科研究进入当代国际科学前沿的重要基础条件。品种改良、耕作栽培技术创新和条件改善是推动作物科学技术进步的三大动力。西南地区立体气候明显,地形地貌复杂多样,灾害性气候频繁,间套多熟种植制度独特,具备作物科学理论与技术创新研究的重要价值和天然条件。

当今科技的发展越来越依赖于学科间的交叉、渗透与融合,依赖于研究手段与技术的不断创新。因此,我校作物学科将会立足学科发展前沿,将生命科学的新成果、新理论、新技术移植到作物科学的各个研究领域,以创新作物科学研究技术体系,拓展研究领域,提升研究水平。针对西南地区现代农业生产发展需要,大规模、高通量发掘生态适应型作物基因资源中蕴藏的高产、优质、抗病虫、抗逆、水分养分高效等优异基因,构建适应西南地区的高配合力作物新品种选育的核心种质;培育以高产、优质、高效、安全、生态为目标的强优势广适性新品种,建立实现作物精准高效生产的研究技术体系,为现代作物生产发展提供技术创新平台,将显著提升西南地区作物学科群的科学研究创新能力。

4)本学科建设将进一步提升西南地区作物科学与技术高级人才培养质量

西南地区经济发展相对滞后,社会经济的发展对人才的需求更为迫切,尤其是农业高层次人才。教育资源的充实、人才培养平台的建设是人才培养的基础和关键。本学科既是科学研究的平台,又是人才培养的载体。已经培养了发展地区现代农业所急需的大量高级科学技术专门人才。学科建设将极大提高人才培养的硬件条件,有利于科学研究与人才培养的结合、理论学习与实践技能培养的结合,有利于研究生创新意识和创业能力的培养,从而进一步推进我国西南地区作物科学与技术高级人才培养质量的提高,使之成为我国西南地区研究中心和高层次创新人才培养基地,为该区现代农业产业发展提供人才支撑,推动农村经济持续稳定发展。同时,学科建设将更有利于凝聚、吸引国内外杰出人才,提升依托单位的科技创新能力和人才培养质量,从而推动依托单位发展得更快、更好,为新农村建设做出更大的贡献。

综上所述,本学科建设将为西南地区作物学科的综合平衡发展、理论创新、技术研发和人才培养提供坚实的基础和共享平台,从而为增强西南地区粮经产业的竞争力、保障西南地区粮食安全、促进区域经济可持续发展和新农村建设提供强大的理论、技术和人才支撑,同时全面推动依托单位的科技创新与发展。

2、学科发展趋势

1)作物基因资源的收集、创制呈现全球化趋势

美国自1897年以来,共派出专业考察队赴世界各地收集作物种质资源近200次,目前已拥有各类作物种质资源45万份,成为世界作物种质资源大国。美国政府还成立了国家生物资源调查局(NBS),负责收集世界各地的生物资源。同时,美国农业部水稻研究中心每年还花巨资对收集保存的资源进行品质、稻瘟病、纹枯病、抗旱、耐冷等重要农艺性状进行鉴定、筛选和创新等。日本政府通过向有关国际研究机构提供资金,或者与资源丰富的国家开展合作研究,有针对性地收集和占有别国的种质资源。

我国西南地区地势复杂,气候多样,民族众多,各族人民在长期的作物种植实践中创造了大量适合于当地种植的满足当地人民生活习惯的各种作物品种,因此,该地区作物种质资源非常丰富。本学科长期以来,十分重视作物资源的收集和保存研究。通过资源征集、原生境考察和材料交换等方法,收集了我国主要作物产区和世界各地作物种质资源,对部分特异栽培品种、地方品种和野生材料开展了分类学、生物系统学、遗传学以及细胞学与分子生物学研究,较为系统地评价了资源环境适应、高产、优质、抗病虫和逆境耐受性等重要农艺性状,筛选了该地区生态适应型作物基因资源,构建了作物特异基因资源库,并对部分种质资源开发了 “分子身份证”,初步构建了作物特异基因资源指纹图谱库。

2)作物重要性状基因及资源深度发掘已成国际竞争的焦点

种质资源是育种及其它相关学科的生命物质基础。种质资源的核心是其携带的基因,其中优异基因的发掘和利用可使农业生产取得突破性进展,举世闻名的第一次绿色革命就是源于小麦与水稻种质资源中几个矮杆基因的开发与利用。面对21世纪世界经济发展的机遇和挑战,以现代生物技术为基础的作物种质资源及其基因的研究和开发将是我国未来面对全球生物资源竞争的一个战略重点。据国际农业生物技术应用服务机构的统计和预测,到2010年,以资源为基础,以基因为核心的植物产业,仅作物种子的收入就可达3000亿美元,相关农产品的总收入将达3万亿美元。从这个意义上说,一个物种影响一个国家的经济一个基因关系到一个国家的兴衰逐渐变成残酷的现实。

本学科通过构建特异种质资源遗传群体,采用不同生态环境的比较定位,系统研究了控制作物品质和农艺性状的QTLs,精细定位、命名了一系列重要基因,分离了抗病性、生育期、千粒重、光合作用、育性相关、分蘖、产量等性状基因。通过上述研究,获得一批具有自主知识产权的分子标记、基因和方法专利,创制的材料获得品种权,为我国在继续保持作物品种培育和保护上的优势和增强作物重要性状种质资源及基因深度发掘奠定了物质基础。

3)作物栽培理论及技术呈现综合化和高效化趋势

良种良法配套对发挥品种高产潜力至关重要,作物高产潜力的发挥,必须要有与之相适应的栽培技术。我国作物单产虽然高于世界平均水平,但也低于一些发达国家,其原因除自然资源差异外,主要差距是作物科技和生产水平的差距。美国等发达国家,采用机械化播种、飞机施肥、防病治虫、机收等机械化、规模化生产,大幅度提高了作物单产和经济效益。半个世纪以来,我国持续开展以作物遗传育种、耕作栽培、科学施肥、节水灌溉、植物保护和耕作机械化为主的科技攻关与示范推广,在栽培领域呈现综合化、高效化趋势,并取得了可喜的成绩。近年各地根据作物生理特性和生态条件,研究形成了适应我国不同生态区的多种高产栽培模式或技术,如作物精确定量栽培、作物高产栽培的“三合理论”、节水栽培等,为发挥作物丰产高效潜力和实现作物大面积增产做出了重要贡献。

多年来,本学科围绕作物生理及其调控、作物高产优质高效理论与技术、种植制度和区域农业理论与技术等方向进行系统研究,创新形成了水稻超高产强化栽培技术、水稻优化定抛技术、杂交稻机械育插秧技术、玉米覆盖增密高产栽培技术、旱地新三熟“麦(薯)//豆”高产高效、生态安全综合栽培技术等一系列国家和四川省的主推技术,为作物丰产高效提供了强有力的技术支撑,产生了显著的社会经济效益。

(二)本学科已有工作基础

1.学术队伍

本学科已形成了一支学历、学位、年龄、知识及学缘结构更趋合理的学术队伍,总体规模为80人。《西南作物特异基因发掘与利用》入选教育部长江学者和创新团队计划。学科队伍中,有中国工程院院士2人;何梁何利基金奖获得者4人,国家杰出青年基金获得者1人;4人获四川省科技杰出贡献奖;中科院“百人计划”1人。教授(研究员)34人,副教授(副研究员)35人;四川省学术和技术带头人14人;博士生导师29人,硕士生导师72人。

2.科学研究

按照加强基础、突出创新、强化应用、拓展领域的发展思路,立足西南、面向全国、辐射东南亚,加强应用基础和基础研究,着重成果转化应用,围绕主要农作物新基因资源发掘与评价、作物新基因定位及克隆、作物分子设计育种原理与技术、杂种优势利用新途径、高产优质高效栽培理论与技术等领域进行了深入研究,为我国、特别是西南地区的粮食安全提供了强大的理论与技术支撑。近四年在承担国家转基因重大专项、973计划、863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等150个项目资助(到校总经费约12000.00万元),发掘和利用一批作物重要性状基因,育成了水稻、玉米、小麦、油菜、大豆、大麦等主要农作物新品种60余个,其中部分品种近年来连续被列为国家和四川省主导品种,部分杂交水稻在东南亚国家也有较大面积种植;创新的旱地新三熟麦(薯)//高产高效、生态安全综合栽培等技术连续4年被列为国家和四川省主推技术,推广新品种近亿亩、推广新模式和技术累计5千余万亩,新增社会经济效益近200亿元。在前期获得国家技术发明一等奖2项、国家技术发明二等奖1项、国家自然科学奖二等奖1项、国家科技进步奖二等奖3项之后,近四年再获国家技术发明奖二等奖和科技进步奖二等奖各1项,四川省科技进步奖一等奖5项;发表论文600余篇,其中SCI收录论文278篇,影响因子最高达10.648;获植物新品种保护新材料新品种40个、国家发明专利13项、实用新型专利8项。

3.研究条件

通过“211工程三期建设,作物学科率先整合到成都校区,新建成都校区作物科学实验大楼1幢。重点建设了作物分子生物实验室、基因工程与安全评价实验室、细胞遗传学实验室、种质资源与材料创新实验室、品质遗传与分析测试实验室和栽培生理实验室。目前,拥有杂交水稻国家重点实验室西南基地1个、教育部西南作物基因资源与遗传改良重点实验室1个、农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室和农业部西南玉米生物学与遗传育种重点实验室各1个。各实验室按建设规划配置了相应的仪器设备,实验条件达到国内同类学科一流水平,部分研究条件达到国际先进水平。同时,拥有雅安濆江农场、多营农场和成都温江基地的试验农场,还建成了海南三亚水稻育种基地、云南西双版纳玉米育种基地和四川现代粮食产业(仁寿)示范基地。

4.人才培养

本学科招收作物遗传与育种、作物栽培学与耕作学等硕士点和博士点研究生,以及作物学博士后研究人员;建成农学国家级特色专业、“国家级植物生产类本科人才培养模式创新实验区”和《作物育种学》国家精品课程。截止2007年,毕业博士180余人、硕士近700人。目前在站博士后12人,在校博士生132人,硕士生325人,本科生2000余人;在前期4篇博士学位论文入选全国优秀博士论文之后,近四年有3篇博士论文获全国优秀博士学位论文提名,6篇博士学位论文入选四川省优秀博士学位论文;获省级教学成果奖一等奖2项。培养学生大多充实到我国西部地区农业教育、科研和生产第一线,质量受到用人单位一致好评,为农业现代化建设和区域社会经济提供了强有力的人才支持。

(三)现状分析

尽管我校作物学科整体实力较强,但与国内同类一流学科相比,还有一定差距,主要表现为一是学科间发展还不平衡,作物学的3个二级学科,作物遗传育种较强,作物栽培学与耕作学发展较快,但种子科学与技术学术团队数量不足,科学研究和人才培养还比较薄弱,两个自设二级学科药用植物学和烟草学发展也还有待加快;二是中青年科技优秀人才,特别是杰出领军人才不足,还需继续引进和加强培养;三是基础研究还相对薄弱,特别是与国际先进水平相比,差距还相当大,亟待进一步加强;四是试验条件、特别是加代试验基地尚不能完全满足学科发展需要,需要加快建设步伐;五是学科内不同作物及对外协同还较薄弱,应采取切实有效措施从根本上改变。

二、指导思想及发展思路

(一)指导思想

深入贯彻落实科学发展观和中共中央、国务院关于加快推进农业科技创新的战略部署,按照科教兴农战略的要求,以服务农业产业发展需求为导向,以学术团队、基础条件、科学研究和人才培养建设为主要建设任务,以改善提升本学科设施条件、优化整合学科资源为主线,建设结构合理、层次完善、协作紧密、运转高效的我校作物学科创新体系,促进本学科科研基础条件建设与创新人才培养、研究任务完成、产业发展相配套,为提升西南地区,乃至全国农业科技创新能力、推动现代农业加快发展提供有力支撑。

(二)发展思路

针对作物学科现状,将按以下思路进行发展:加强研究队伍建设,提升研究人员数量和质量;拓宽渠道,争取更多研究经费;合理配置资源,突出研究特色;加强研究条件建设,提高人才培养质量。

(三)建设目标

针对我国,特别是西南区作物科学发展中的关键问题,坚持“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的指导方针,坚持“优质、高产、高效、安全、生态”的研究目标,瞄准作物科学的研究前沿,充分发挥理论探索与技术创新紧密结合的特色,开展多学科联合攻关,在水稻、玉米、小麦、油菜、马铃薯、药用植物、烟草等主要粮经作物的功能基因组学、核心种质创造、生长发育规律与调控、突破性品种选育、栽培技术和种植模式创新等单个作物的个性问题及其多个作物的共性问题方面均取得重大突破,以确保西南地区农业可持续、高效发展,促进我国粮食稳定发展、农民持续增收。通过4-5年的努力,把本学科建成我国作物学坚实的理论创新平台、高效的技术研究平台、丰富的资源共享平台,汇聚一批有相当影响力的学术带头人和优秀学术骨干,成为我国作物学高层次创新人才培养和产出创新性成果的重要基地,将本学科建成国家重点学科,并力争建成国家重点实验室或工程中心1个。

三、主要建设内容

一)学科方向凝练

l 作物种质资源与创新

l 作物分子育种

l 作物杂种优势理论与应用

l 作物种子科学与工程

l 作物高产优质高效栽培理论与技术

l 种植制度和区域农业理论与技术

l 生态农业与可持续发展

(二)基础条件建设

加强学科实验室建设,主要购置基因测序、基因组学设备;基因型分析、基因表达、蛋白组学设备和平台;植物活体和超微结构观察类设备;植物代谢产物鉴定检测设备;土壤、植物养分和环境因素检测设备;田间生理生态研究和监测设备;植物产品品质测定设备;作物室内培养、工厂化育苗、种子贮藏等方面的大型仪器设备。健全学科实验室开放制度,加大开放力度,形成更加固定的实验室教师队伍;与国内本学科的顶级实验室实现资源共享,加强与国际知名实验室的交流与合作。完成崇州科研试验基地农业水利、道路、基本试验条件建设,建设温室、网室、围栏等农业设施;购置与种植业密切相关的农业气象、土壤、植物、病虫害等观测设备;田间生理生态测定设备;土壤及植物养分检测设备;植物灭活处理设备;小型试验用播种、施肥、植保、收获等农机具,使之成为农业高新技术的试验研究、集成示范平台。力争将学科实验室建成国家重点实验室或国家工程技术中心。

(三)学术团队建设

利用学校人才政策,引进高水平教师,通过中青年教师以出国留学、学术休假、短期进修等方式不断提高研究水平,构建高素质科研队伍。不断改善学历结构,优化学缘结构,锻造一支“品德端、学风正、创新强、水平高”的学术队伍。在4-5年内遴选补充10位博士生导师,遴选补充20名新的具有高级职称的中青年教师为硕士生导师。使学术队伍中博士学位人员达90%;加强培养和引进本学科的高层次拔尖人才,力争在长江学者方面取得突破,并力争新增国家杰出青年基金获得者1名,新增省学术技术带头人3-4名,争取有57名进入国家级专家行列、810名进入省部级专家行列。

(四)科学研究提升

本学科将围绕国家和西南地区重大需求,瞄准国际前沿,通过4-5年的建设,在作物重要农艺性状基因分离、作物核心种质创造、作物高产优质新品种培育、作物高产优质高效栽培理论与技术等方面取得标志性成果。争取新上省部级以上科研课题约200项,其中国家级课题约100项;取得省部级以上科技奖励15-20项,其中国家级奖励2-3项;发表高水平学术论文约600篇,其中SCI收录论文约300篇;授权国家专利约20项;创造作物新种质约100份,培育作物新品种60-70个,制订并发布地方及行业标准5-6项。主动打破部门、区域、学科界限,有效整合学科科技资源,建立协同创新机制。加强技术集成、联合示范与推广,进一步发挥优势,突出特色,增强本学科学术创新能力和服务三农能力,部分研究领域达到国际先进或领先水平。

(五)人才培养提升

将继续加大培养力度,除抓好研究生课程教学,将严格管理各主要教学环节(中期考核、毕业论文答辩、研究生班讨论等);同时在学生中营造良好学术氛围,让学生愿意主动积极、创造性地开展研究工作;还将注重培养学生综合能力,提高其综合素质和道德修养。4-5年内培养作物学领域的博士后10-20人、博士生100-150人、硕士生350-400人,力争获国家优秀博士学位论文1篇或提名2篇,为农业生产输送更多更优秀的高级专业人才,使学科成为我国和西南地区高级农业科技人才培养中心。

(六)对院内、校内相关学科的引导与带动作用

通过本学科建设,带动了校内生物学、植物保护学、生态学、农业资源与环境等4个一级学科的发展,带动新增生物学和生态学一级学科博士点2个,植物病理学和植物学成功建成为四川省重点学科。同时,利用作物学科积淀的物质精神财富,通过三条途径构建了以农学为龙头的本科专业群。一是在农学专业中开设专门化方向,然后发展成为专业。为培养既懂技术又懂管理的复合型人才,在农学专业中开设了农业推广方向,1999年发展成为农村区域发展专业;为适应生物技术发展的需要,开设生物技术方向,1999年发展为生物技术专业;为配合国家中药发展战略,开设了药用植物方向,2003年建成为中草药栽培与鉴定专业;为满足种子产业化发展的需求,开设种子工程方向,2006年建成种子科学与工程专业;为顺应四川现代烟草农业大发展的趋势,开设烟草方向,2008年建成为烟草专业。二是拓展农学专业领域,建成植物科学与技术专业。三是通过作物学科带动,植物病理学所在学科首先建成为硕士点,从硕士点派生出了植物保护专业。另外,也带动了资源与环境学院、林学院、园艺学院等5个学院的生态学、园艺等8个相关专业的发展。

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