农业内生菌资源的分离鉴定与开发应用

冯永君

北京理工大学/现代农业

 植物内生菌（endophyte）是指能定殖在健康植物组织内，并与植物建立了和谐联合关系的一类微生物。植物内生菌的研究已逐步成为生命科学领域一个新的研究热点，受到国内外植物学家和微生物学家的关注。研究已经证实，内生菌在植物体内不仅积极地生存着，而且还能产生多种生物学作用，如固氮、促进植物生长和对病虫害的防治等作用。人们注意到植物-内生菌这种和谐共生，互利共栖的生命形式，可能是未来生态型农业发展的一条重要思路。所以，在“资源节约型，环境友好型”产业已逐渐成为国内外公认主流发展方向的今天，开展植物内生菌的研究不仅对植物微生物学科的研究对农业可持续发展也有重要的实践意义。选择有研究和应用价值的模式植物和内生菌种是进行内生菌研究的先决条件，从农村地区一些重要作物（包括主要蔬菜）中分离多种内生菌是本项研究的首要工作。随着这些大量植物内生菌资源的分离，植物内生菌研究就可以进一步深入。本人目前已得到一批有重要植物促生作用的细菌及其培养技术，可以转化为工业化生产。

营养再造米项目

郝国防

中国科学院过程工程研究所/现代农业

随着我国国民经济的高速发展，国民收入的不断提高，人民生活水平正向发达国家逼近。但随着生活水平的提高，人们片面追求大鱼大肉、精细加工主食等饮食享受，造成营养摄入不平衡，富贵病、亚健康现象频繁发生。具体说来，米面的过分精加工，造成米面绝大部分有价值的营养成分流失，就是典型的例子。目前我国广大消费者的文化素质、健康意识、饮食安全卫生概念等越来越高，人们对膳食的营养性和营养平衡越来越重视。为了人们较方便地、以习惯方式自然地从日常饮食中摄取平衡营养，我们开发了营养再造米，使人们在日常吃米饭、喝米粥中就解决了正常人一天所需要的基本营养摄入量。

营养再造米是指将某些人体必需的、通常易缺乏地基本营养物质与大米生粉混合后，经过加工成型制造出来的营养型大米，也叫“假米”。本营养再造米有勿需淘洗，可根据不同营养需求调整产品结构，可蒸米饭、可熬粥，不产生营养流失等特点。

SOAR1在调控植物抗逆境胁迫及生长发育中的应用

马丽敏

清华大学/现代农业

PPR（pentatricopeptide repeats）基因家族是在植物中发现的最大家族之一，PPR蛋白在细胞内主要分布在线粒体、叶绿体或其他亚细胞结构内，研究发现PPR蛋白参与细胞器mRNA的加工过程，包括剪切、剪接、稳定、RNA编辑以及蛋白质翻译起始和核糖体组装等，在植物生长发育中具有重要的调节功能。在拟南芥中已鉴定出超过450个PPR家族成员，在其他陆生植物中的PPR家族成员数目更多，而在水生植物、微生物以及动物中，PPR家族成员数量则相对较少。

在陆生植物中，不同种属来源的PPR蛋白具有高度的序列同一性，并且极少出现基因缺失或重复等现象。PPR基因的单基因突变即可引起严重的突变体表型，说明PPR蛋白在植物生长发育中具有重要功能。目前，已通过实验验证了PPR40、ABO5、SLG1、PGN与AHG11等一些PPR蛋白的功能，而其他更多PPR蛋白的功能尚未揭示。

SOAR1基因是PPR家族中的重要一员。本项目在SOAR1转基因植物抗盐胁迫分析实验中，验证了在盐胁迫条件下，SOAR1转基因株系相比于野生型植株的种子萌发几乎不受影响、幼苗生长以及主根生长受到的抑制较弱，表现出较高的抗盐性。在SOAR1转基因植物抗旱分析中，验证了在甘露醇胁迫条件下，SOAR1转基因株系相比于野生型植株的种子萌发几乎不受影响、幼苗生长以及主根生长受到的抑制较弱，表现出较高的抗旱性。在SOAR1转基因植物抗低温分析实验中，验证了SOAR1转基因株系相比与野生型植株受到的低温伤害比较微弱，幼苗基本没有白化死亡，植株存活率较高，并且电解质渗透率更低，表现出较高的抗低温性。

本项目在SOAR1转基因植物对ABA耐受性分析实验中，验证了SOAR1转基因株系相比于野生型植株对ABA表现出较高的耐受性，且主根生长基本不受影响。在SOAR1转基因植物生长发育情况鉴定实验中，验证了SOAR1过表达转基因植株相比于野生型植株，表现出种子萌发速率加快、子叶叶片张角变大、幼苗下胚轴缩短，营养生长时间延长，开花的起始时间延迟、莲座叶片数显著增加等特性。

提高植物叶片淀粉含量的方法

马丽敏

清华大学/现代农业

绿色植物通过光合作用固定二氧化碳，生成碳水化合物，并以淀粉的形式储存下来。淀粉具有非常重要的食品用途，是人类和其他动物主要的食物来源；同时，淀粉还具有广泛的工业用途，可以应用于造纸、化妆品制造、制药等行业，还能够作为原材料参与生物降解塑料、环保涂料及生物燃料乙醇的生产过程。淀粉主要分为两类：储藏淀粉和瞬时淀粉。储藏淀粉指的是合成和降解均发生在储藏器官的淀粉存在形式；瞬时淀粉又称叶片淀粉，指的是存在于植物叶片当中，白天在叶肉细胞中合成、夜晚被降解的淀粉存在形式。

在现代农业生产中，最常利用的是储藏淀粉，而瞬时淀粉的利用极其不充分。在收获根果等储藏器官后，作物的茎叶等部分通常会被用于牲畜饲料或焚烧丢弃。但随着环境保护意识的提高，未来对瞬时淀粉的利用需求也会随之提高，最终实现生物量的综合、循环、有效利用。

病毒诱导的基因沉默（virus induced gene silencing，VIGS）是基于植物对RNA病毒防御机制发展的RNA干扰技术，通过携带目标基因片段的病毒侵染植物，诱导植物内源基因的沉默、引起表型变化，进而研究目标基因的功能。相比于传统的通过转基因实现RNA干扰的手段，VIGS技术能够省去植物转化的繁琐、费时步骤，在植物当代即可实现基因的有效沉默和功能分析。本成果采用VIGS技术将烟草中的TUB8沉默或者对烟草施用微管解聚剂，导致淀粉降解途径的阻滞，使叶片呈现出严重的淀粉积累表型。

CRK5在调控植物茎叶生长和抗旱性中的应用

马丽敏

清华大学/现代农业

脱落酸（Abscisic Acid，ABA）是最重要的五大植物激素之一，具有促进种子成熟和休眠过程、促进种子成熟过程中贮藏蛋白的积累、抑制种子萌发和幼苗生长、抑制主根发育、促进侧根发育以及促进叶片衰老和脱落等生理作用。在植物体内，ABA信号转导网络是极其复杂的，但是植物对ABA的响应起始于受体对ABA信号的感知。

类受体蛋白激酶RLKs（Receptor-like kinases）家族是植物中最大的一类膜受体蛋白家族，其广泛参与到植物的生长发育和对环境胁迫的响应过程，例如：调控根与茎的生长、细胞的分化、植物育性、抗病过程以及激素信号转导等生理过程。CRKs（Cysteine-richreceptor-like protein kinases）蛋白激酶是RLKs家族中的一个亚家族，在拟南芥中共有46个成员。

本项目通过实验验证，CRK5转基因植株相对于野生型植株，在ABA抑制的子叶转绿方面更加敏感，表现出ABA超敏表型。因此，在农业生产中，CRK5基因及其蛋白有望应用于抑制农作物、园艺植物或果树的茎叶徒长，从而起到保持养分的作用。更进一步的，CRK5转基因植株相对于野生型植株，在ABA促进气孔关闭和ABA抑制气孔开放过程中，气孔关闭的程度均高于野生型株系，表现出对ABA超敏的表型。在干旱实验组中，CRK5转基因植株相对于野生型植株对干旱胁迫的敏感性降低、抗旱性增强。