中国农业生物多样性保护进展概述

农业生物多样性是农业安全生产的基础条件和农业可持续发展的战略资源。中国自20世纪50年代就开始重视农业生物多样性的保护, 建立了较为完善的法律法规等保障体系, 并在农业生态系统、物种和遗传多样性3个层面采取了一系列保护措施, 基本形成了异位保存和原生境保护相互补充的保护体系, 取得了显著的保护成效。本文概述了中国近70年来农业生物多样性保护在法律法规和保护机制、保护规划、保护体系和能力建设方面取得的进展, 指出我国农业生物多样性保护面临着未与国际国内发展战略相适应、保护体系不完整、保护能力不足等问题, 并提出完善我国农业生物多样性保护体系、促进农业生态系统服务功能系统化、加快农业生物多样性主流化进程以及加强能力建设等相关建议。     

利用农业生物多样性持续控制有害生物

农业生物多样性对保障全球粮食安全和农业可持续发展至关重要.人类在多样性的形成上发挥了关键作用,人类结合自然进化创造了遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性.农业生物多样性发挥了很多社会经济和环境功能:保障粮食安全;维持农业生态系统可持续发展;赋予农村经济适变性.但当前人类毁灭农业生物多样性的速度更为惊人.在总结石油农业单一化种植的生态负效应、传统农业提倡“天人合一”的生态正效应的基础上,分析讨论了利用农业生物多样性持续控制有害生物的必要性和可行性,从生态系统多样性、物种多样性和种内遗传多样性3个层次,归纳了构建和恢复农田生物多样性的基本方法.基于病理学、生态学、营养学和生理学等学科领域,从群体异质效应、稀释效应、微生态效应、诱导抗性效应、物理阻隔效应、生理学效应和化感效应等7个方面,归纳了利用农业生物多样性持续控制有害生物的基础原理.寻求低投入、高效益、多样化和可持续的农业生产系统是当今世界许多科学家、决策者和生产者共同关心的问题.农业生物多样性具有重要的生态作用,在现代农业框架下,是合情合理构建持续、稳定、健康、高产的农田生态系统,持续控制有害生物的金钥匙.为此必须加强四方面的课题研究:各种作物之间的相生相克关系及其作用机理;各种有害生物的主要天敌种类、生物学、生态学特性及其适生环境;利用农业生物多样性全面、持续控制有害生物的农业生产模式;与其相配套的农艺措施与农业机械.     

物种与物种多样性

本文首先讨论生物物种的科学概念和生物学本质，分析物种客观存在的自然属性和物种概念的局限性，认为物种的生物学属性和物种多样性的科学属性之间有着本质联系。物种多样性研究的实质是研究生物物种的生物学多样性。度量物种多样性程度有多种方法，但物种数目是物种多样性程度最直接、也是最基本的表达，估计物种多样性数目是当前国际上物种多样性研究的核心与热点内容。物种多样性产生的根源是物种形成，物种绝灭速率是维持物种多样性的关键因素。本文简要总结了物种形成与绝灭的基本模式和机制，通过分析生物地理区系与物种多样性研究的密切关系，说明物种的区系成份分析是物种多样性大尺度格局研究的重要内容。     

鱼类多样性监测的理论方法及中国内陆 水体鱼类多样性监测

近年来, 生物多样性监测网络的建设得到广泛重视, 全球、地区或国家生物多样性观测网不断组建。生物多样性观测的理论框架得到发展, 提出了生物多样性核心监测指标(Essential Biodiversity Variables, EBV)。鱼类多样性监测的理论框架包含于生物多样性核心监测指标之内, 在遗传、物种、生态系统等多层次进行。基于鱼类监测提出的生物完整性指数(index of biotic integrity, IBI)强调不同物种的生态功能, 可以综合反映群落结构和功能的变化, 得到广泛应用。鱼类多样性的监测方法是传统网具和现代水声学等方法的结合。监测结果的分析可以进行简单的指数比较, 也可以进行长期的趋势分析, 寻找关键节点, 探讨宏观生态格局的变化。中国内陆水体鱼类多样性监测网隶属于中国生物多样性监测与研究网络, 拟选取长江、黄河、黑龙江、珠江、澜沧江、怒江、塔里木河及青海湖8大流域, 对25个重要区域和24个重点物种(类群)进行监测, 从重要区域鱼类群落结构、重点物种(类群)种群动态和个体生物学特征、遗传多样性、早期资源等不同层次, 全面监测我国内陆水体鱼类生物多样性状况。     

农业景观非农生境植物多样性及其影响因素

农业景观是人类生活所需资料的最主要来源地和生物多样性保护的重要区域之一。黄河中下游地区是我国最重要的农业区之一,在区域农业景观中,非农生境中各群落植物物种多样性组成特征有何差异?在不同尺度上,景观异质性特征与生境特征对植物物种多样性特征有何影响?在黄河中下游典型区域布点,对区内主要非农生境(次生林、次生灌丛、人工林和农田边缘等)中的植物群落物种多样性进行调查。结果显示:(1)次生灌丛中的物种丰富度和多样性显著高于其他生境,而农田边缘也保育有较多的物种;(2)从物种组成来看,景观尺度上样点间物种多样性差异(β_2)是所有生境中物种丰富度的最主要组成部分,而次生灌丛与次生林两类自然生境中小尺度(α和β1)物种丰富度的贡献相对较高。(3)景观异质性特征指标对物种多样性的影响主要体现在样方尺度上(α_(样方)),而β和γ多样性与之的关系并不甚密切。表征生境特征的群落高度和盖度指标能更好的预测物种多样性的特征。研究发现,常用的表征景观异质性的指数在各尺度上对植物群落物种多样性特征的影响也并不显著,局地群落特征的影响更为直接和重要。在探讨景观异质性特征与生物多样性关系时,常用的多样性指数(Shannon多样性指数、均匀度指数和Simpson指数等)并不合适,而拆分后的物种丰富度会更有效。但景观异质性对生物多样性的影响也不容忽视,它的改变会是影响群落物种多样性及其组成结构的重要潜在因素,在更大尺度上景观异质性会通过对景观组成要素特征(生境组成和构型)的影响进而影响到区域植物物种丰富度的变化。     

农业生物多样性保护履约进展及对我国农业发展的启示

农业生物多样性是《生物多样性公约》(以下简称《公约》)履约的核心议题之一, 对世界粮食安全、农业可持续发展以及实现碳中和具有重要实践意义。然而, 越来越多的研究表明, 由于人口的持续增长和饮食结构的根本性改变, 农业扩张已成为生物多样性丧失的主要驱动力之一。本文基于《公约》条款、第二次至第十四次缔约方大会相关决定、生物多样性和生态系统服务政府间科学与政策平台评估报告、第五版《全球生物多样性展望》(GBO-5)等内容, 系统梳理了《公约》谈判中农业生物多样性的履约进展和演变进程, 分析了农业生物多样性面临的严峻形势及存在问题。在此基础上, 从深入农业生物多样性相关指标研究、基于自然的解决方案、实现农业绿色可持续发展以及推动非国家利益相关方参与等层面, 就加强中国农业生物多样性保护工作提出建议, 以期有利于塑造中国良好对外形象, 也为维护世界农业稳定和粮食安全、推动《公约》第十五次缔约方大会(COP15)的顺利召开和成果达成奠定科学基础。     

中国西南地区植物资源与农业生物多样性

指出了植物资源的重要性 ,人类利用生物资源的历史阶段。阐述了目前在西南地区利用植物资源食用和药用的客观存在 ,西南地区植物资源的自然特点、利用特点以及农业生产的现状。通过全国食用野菜的分布、食用范围 ,分析了野生资源利用的文化因素 ;通过“社饭”、折耳根、火锅野菜等实例分析了对野生植物利用的市场因素 ,从野生、半栽培、栽培及至规模化商品的过程中市场的主导作用。对通过引入物种丰富农业生物多样性物种构成的利弊进行了简要分析 ,特别对集约化农业在这方面的作用进行了反思 ,提出在人文特色明显、农业生物多样性丰富、但相对落后的区域建立跟国外一致的耕作文化保护区的设想     

农业生物多样性控制作物病虫害的方法与原理

农业生物多样性作为一种重要的作物病虫害防治手段,主要基于自然界生物间相生相克的平衡关系,充分利用了原生态的各种控制因子,将病虫害调控在生产可允许范围,对减肥减药以及提高农业生态系统自我功能具有重要的意义。本文将农业病虫害发生融为一体,从种内遗传多样性、物种多样性、农田景观多样性3个层次,系统阐述了利用农业生物多样性控制作物病虫害的重要意义、主要内容和方法、控害原理、影响因素以及作物品种多样性种植的增产效应,为充分发挥农业生物多样性调控作物病虫害提供参考。     

农业生物多样性保护的景观规划途径

农业生物多样性保护不仅关系到农业可持续发展,也是物种多样性保护的重要组成部分.近年来,生物多样性保护更加强调通过景观规划途径来实现.本文在回顾国内外关于景观结构对生物多样性影响一般性结论和研究结果的基础上,从景观、地块间、地块内3个尺度分别探讨了农业生物多样性保护的景观规划途径,并建议可以通过采取如下途径有效地保护农业生物多样性：1)在景观尺度上,维持较高比例的自然、半自然生境,注意农用地和种植作物的多样化,注重树篱等廊道生境的保护和建设;2)在地块间尺度上,构建农田边缘地带;3)在地块内尺度上,合理地规划作物种植密度、作物空间分布及采取间套作、轮作等方式.此外,大尺度景观规划途径的实施还需要诸如自然保护计划、土地利用规划及生态补偿等相关政策措施的配套与支持.     

贵州省贞丰县和松桃县农业生物资源调查及物种多样性比较分析

本文以调查的行政区域(县、乡镇)、民族和生物资源用途为分析单元,采用生物多样性测度指标(物种丰富度、优势度、多样性指数、均匀度指数和相似性系数)评估了贵州省贞丰县、松桃县6乡(镇)不同民族管理利用的农业生物资源物种多样性。结果表明,两县物种的多样性水平都较高且相当,但松桃县3乡(镇)的物种多样性水平较贞丰县3镇的更高;苗族管理利用的物种多样性比布依族、土家族和汉族的更高。在农业生物资源用途分析单元内,松桃县寨英镇及布依族、土家族利用的粮食作物物种、松桃县盘石镇、正大乡和苗族利用的蔬菜及一年生经济作物物种、贞丰县鲁贡镇和松桃县寨英镇以及苗族、布依族管理的果树及多年生经济作物物种、松桃县盘石镇和苗族利用的药用植物物种的多样性比其他乡镇、民族的更高。     

贵州稻种资源遗传多样性研究现状与展望

贵州稻种资源遗传多样性的研究与利用已取得较大进展.主要表现在(1)收集整理了地方稻种5168份并入国家种质库长期保存,系统完成其农艺性状和特性的鉴定与评价,筛选出一批矮秆、大穗、大粒、优质、特种稻、抗病虫、抗衰以及耐冷、抗旱性突出的优异种质;(2)研究表明,品种多样性是环境对品种的选择和品种对环境的适应双向作用的环境同化产物,在贵州高原低温高湿寡照生境下形成禾类和旱稻等种质资源;(3)开展了地方稻种中细胞质雄性不育恢复源、非sd-1基因新矮源、广亲和、双(多)胚等特性有利基因资源的鉴定和筛选;(4)明确了收集品种的类型及其保存途径,建立以基础样品、活动样品和核心样品的分类数据库为基础的资源信息管理系统.对推动研究工作的深入发展等问题展开了讨论.     

Genome-wide Introgression Lines and their Use in Genetic and Molecular Dissection of Complex Phenotypes in Rice (Oryza sativa L.)

Tremendous efforts have been taken worldwide to develop genome-wide genetic stocks for rice functional genomic (FG) research since the rice genome was completely sequenced. To facilitate FG research of complex polygenic phenotypes in rice, we report the development of over 20 000 introgression lines (ILs) in three elite rice genetic backgrounds for a wide range of complex traits, including resistances/tolerances to many biotic and abiotic stresses, morpho-agronomic traits, physiological traits, etc., by selective introgression. ILs within each genetic background are phenotypically similar to their recurrent parent but each carries one or a few traits introgressed from a known donor. Together, these ILs contain a significant portion of loci affecting the selected complex phenotypes at which allelic diversity exists in the primary gene pool of rice. A forward genetics strategy was proposed and demonstrated with examples on how to use these ILs for large-scale FG research. Complementary to the genome-wide insertional mutants, these ILs opens a new way for highly efficient discovery, candidate gene identification and cloning of important QTLs for specific phenotypes based on convergent evidence from QTL position, expression profiling, functional and molecular diversity analyses of candidate genes, highlights the importance of genetic networks underlying complex phenotypes in rice that may ultimately lead to more complete understanding of the genetic and molecular bases of quantitative trait variation in rice. Supplementary material to this paper is available in electronic form at http://dx.doi.org/10.1007/s11103-005-8519-3     

Time-Course Association Mapping of the Grain-Filling Rate in Rice (Oryza sativa L.)

Detecting quantity trait locus (QTLs) and elite alleles that are associated with grain-filling rate (GFR) in rice is essential for promoting the utilization of hybrid japonica rice and improving rice yield. Ninety-five varieties including 58 landraces and 37 elite varieties from the core germplasm collection were genotyped with 263 simple sequence repeat (SSR) markers. The GFR of the 95 varieties was evaluated at five stages, 7, 14, 21, 28 and 35 days after flowering (DAF) both in 2011 and 2012. We found abundant phenotypic and genetic diversity in the studied population. A population structure analysis identified seven subpopulations. A linkage disequilibrium (LD) analysis indicated that the levels of LD ranged from 60.3 cM to 84.8 cM and artificial selection had enhanced the LD. A time-course association analysis detected 31 marker-GFR associations involving 24 SSR markers located on chromosomes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11 and 12 of rice at five stages. The elite alleles for high GFR at each stage were detected. Fifteen excellent parental combinations were predicted, and the best parental combination ‘Nannongjing62401×Laolaihong’ could theoretically increase 4.086 mg grain^-1 d^-1 at the five stages. Our results demonstrate that the time-course association mapping for GFR in rice could detect elite alleles at different filling stages and that these elite alleles could be used to improve the GFR via pyramiding breeding.     

水稻一多拷贝微卫星DNA多态性分析

用一个多拷贝微卫星 DNA标记分析了238份栽培水稻的遗传多样性及遗传多样性从农家品种到现代栽培品种的动态变化。共检测出16种长度变异类型和32种表现型,但长度变异类型数、表现型数和表现型多样性水平在农家品种和现代栽培品种间没有显著差别。该标记在遗传资源评价和DNA指纹图谱建设中有重要的应用价值,也是研究环境或人工对多拷贝基因选择作用的一个良好模型。 Abstract:The genetic diversity of 238 cultivated rice and its difference between landraces and modern cultivars have been assayed using a multiple copy microsatellite DNA marker.Although 16 length variants and 32 phenotypes were found in all accessions,no significant differences in number of length variants,number of phenotypes and phenotypic diversity were detected between landraces and modern cultivars.This marker is of great value in evaluating genetic germplasm and constructing DNA fingerprints of rice and provides an elite model for tracing effectiveness of natural and artificial selection on multiple copy genes.     

基于psbA-trnH分析的何首乌野生居群遗传多样性

对产自不同省区的何首乌[ Fallopia multiflora (Thunb.) Harald.] 17个野生居群85个单株的sbA-trnH序列进行了扩增和分析,在此基础上分析了居群间的遗传多样性,并采用NJ法对85个单株进行了聚类分析.结果表明:供试85个单株的psb A-trnH序列长度为384 bp;其中,变异位点为167 bp,简约信息位点为53 bp,分别占序列总长度的43.5％和13.8％.变异类型主要为碱基缺失和替换;变异位点主要集中在235～281 bp区域,根据位点变异情况可将17个居群大体分为3类.各居群间的遗传距离为0.000～0.172,其中,贵州居群与其他16个居群间的遗传距离为0.167 ～0.172,而其他16个居群间的遗传距离为0.000～0.017.17个居群间的核苷酸多样性指数(Pi)、遗传分化系数(Nst)和基因流(Nm)分别为0.028 56、0.918 68和0.04;除贵州居群外其他16个居群的Pi、Nst和Nm分别为0.015 68、0.837 19和0.10;贵州局群与其周边省区(四川、云南、广西、湖南和湖北)居群的Pi、Nst和Nm分别为0.047 99、0.937 62和0.03.在NJ系统树上,17个居群可聚为4支,且大部分居群的供试单株聚在同一分支中;仅贵州居群单独聚为一支,与序列分析的划分结果基本一致.由研究结果可见:野生何首乌居群总遗传变异的91.868％来自居群间,8.132％来自居群内,居群间的基因交流较少;除贵州居群外其余16个居群的整体遗传多样性水平偏低,说明何首乌居群整体多样性水平在很大程度上受贵州居群的影响.     

Use of Three Different Marker Systems to Estimate Genetic Diversity of Indian Elite Rice Varieties

Genetic diversity among 42 Indian elite rice varieties, which is important for selection of parents for conventional breeding and hybrid program, was evaluated using three different types of DNA markers and parentage analysis. Random amplified polymorphic DNA (RAPD), inter-simple sequence repeat (ISSR) and sequence tagged microsatellite site (STMS) markers resulted in mean heterozygosity values of 0.429, 0.675 and 0.882 over all loci, respectively, and marker index values of 2.21, 4.05 and 5.49, respectively. The three molecular marker systems together provide wider genome coverage and, therefore, would be a better indicator of the genetic relationships among the 42 elite rice cultivars than those revealed using individual molecular markers. A total of 153 bands (91%) were polymorphic out of 168 bands amplified, considering all the markers together. The average genetic similarity coefficient across all the 861 cultivar pairs was 0.70 while the average coefficient of parentage was 0.10. Cluster analysis revealed that there was a very poor correlation (correlation coefficient <0.1) between dendrograms generated using coefficients of parentage and molecular marker generated genetic similarities, which can be attributed to selection pressure, genetic drift, sampling of loci and unknown relationships among supposedly unrelated ancestors. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Leveraging natural diversity: back through the bottleneck

Plant breeders have long recognized the existence of useful genetic variation in the wild ancestors of our domesticated crop species. In cultivated rice (Oryza sativa), crosses between high-yielding elite cultivars and low-yielding wild accessions often give rise to superior offspring, with wild alleles conferring increased performance in the context of the elite cultivar genetic background. Because the breeding value of wild germplasm cannot be determined by examining the performance of wild accessions, a phylogenetic approach is recommended to determine which interspecific combinations are most likely to be useful in a breeding program. As we deepen our understanding of how genetic diversity is partitioned within and between cultivated and wild gene pools of Oryza, breeders will have increased power to make predictions about the most efficient strategies for utilizing wild germplasm for rice improvement.     

云南野生稻资源及其保护

云南野生稻生态类型丰富,且具有抗白叶枯病、抗稻瘟病、耐旱、耐寒等栽培稻不具有或已经消失的遗传基因,是水稻品种改良的优良基因库。然而,随着人类社会经济活动对生态环境影响的加剧,这一宝贵的战略性生物资源正面临着快速消失的危险。为了加强云南野生稻资源的保护,近年来,我们对云南野生稻资源开展了原生境保护(物理隔离方式和主流化方式)及非原生境保护(种质库、种质圃、细胞库和DNA库)等保护技术研究,明确了各种保护方法的优缺点和适用性,保护了云南野生稻的多样性和丰富度,为改良栽培稻储备了丰富的基因源。     

贵州野生猕猴桃表型遗传多样性分析

通过对146份贵州猕猴桃种质资源表型遗传多样性的研究,为贵州猕猴桃品种选育打下基础,对146份不同区域猕猴桃种质资源48个质量性状进行描述、赋值,并结合单果重等9个数量性状,使用主成分分析、聚类分析等进行综合评价。结果表明,57个质量性状和数量性状均存在丰富的多样性和变异性;146份资源的Shannon’s遗传多样性指数为1.28,从各区域遗传多样性指数可以看出,演化进程上从遗传多样性指数高的地区向低的地区进行演化;主成分分析结果显示,前14个主成分累计贡献率达75.076%,其中前6个主成分的累计贡献率达51.911%,为提高品种选育和评价的工作效率,可将猕猴桃种质资源的描述指标简化为新梢被毛、果实被毛等18个性状;聚类结果显示,贵州猕猴桃种质的欧氏距离为1.00~25.00之间,在D=19.25处,146份野生猕猴桃分为6个类群。本文有效揭示了贵州省猕猴桃种质资源丰富的多样性和亲缘关系,明确野生猕猴桃各种群间性状区分特征和部分优良资源性状的地理分布,对贵州猕猴桃种质资源的种质鉴定、保护利用和品种选育有重要意义。     

利用微卫星标记分析贵州白水牛与普通水牛的遗传多样性与亲缘关系

利用11对微卫星引物对贵州白水牛和6个普通水牛群体的有效等位基因数、基因杂合度、多态信息含量和遗传距离进行了分析。结果表明,11个微卫星基因座在7个水牛群体中均存在多态性,可以用于水牛的遗传多样性评估。贵州白水牛和6个普通水牛群体的平均杂合度和平均多态信息含量分别为0·7450～0·7922和0·7021～0·7605。贵州白水牛和遵义普通水牛的亲缘关系最近,遗传距离为0·0910。由UPGMA聚类法得到的系统聚类图反映了贵州白水牛和6个普通水牛群体的亲缘关系远近程度,贵州白水牛没有单独聚为一类,而是与同分布区的遵义普通水牛首先聚类,然后依次与其余地区的普通水牛聚类。研究提出了贵州白水牛应是其产地的普通水牛群体中的一个突变群的见解,为开展贵州白水牛的遗传资源评估、保护与利用提供了分子水平的遗传学依据。