作物分子设计育种国际发展态势分析董瑜张薇袁建霞赵亚娟张博雷孝平李超王晓梅韩涛
（中国科学院国家科学图书馆总馆北京100190）
摘要：随着全球人口增长、经济发展和城市化，全球粮食生产正面临着严峻挑战；同时资源严重短缺、生态环境恶化也正威胁着粮食生产的可持续发展，粮食安全及其可持续发展问题成为全世界关注的焦点。在人口、资源、环境等刚性条件约束下，培育高产、优质、高效作物新品种已成为确保全球粮食安全、改善人类健康，促进农业可持续发展的重要途径之一。
近年来，随着分子生物技术的迅猛发展，分子设计育种已成为国际上引领作物遗传改良的前沿技术，它以生物信息学为平台，以基因组学和蛋白组学等数据库为基础，综合作物育种学流程中的作物遗传、生理、生化、栽培、生物统计等所有学科的有用信息，根据具体作物的育种目标和生长环境，在计算机上设计最佳方案，然后开展作物育种试验的分子育种方法。与传统育种技术相比，分子设计育种更为精确、更加高效率，能够实现从“经验育种”到“精确育种”的转化，为保障粮食安全提供了新的技术途径，同时也对减少农业生产对资源的过度利用和环境污染具有重大的科学和现实意义。
本报告利用定性和定量的方法对目前世界上作物分子设计育种相关研究的发展状况进行了分析，包括基因组研究、基因和数量性状位点（quantitative trait locus，QTL）定位研究、分子标记及其辅助选择育种研究等。通过对代表性国家美国、英国、加拿大、澳大利亚、法国，以及重要国际组织国际玉米小麦改良中心、国际水稻研究所以及跨国基因组研究组织进行调研，概括总结了他们在分子设计育种相关研究方面的计划和项目。报告利用文献计量学方法，通过分析国际农业和生物学中心文摘数据库（CABI）收录的相关论文和Aureka专利平台中收录的专利数据，从另一个角度揭示出近年来国际上分子设计育种相关研究和技术研发的发展趋势、研究热点和重点方向。
报告形成如下结论：
1. 分子设计育种目前尚处于起步阶段，主要集中在QTL定位、分子标记辅助选择育种以及转基因育种研究上，还没有实现真正地通过预先设计进行复杂性状的育种改良；
2．利用分子标记进行遗传连锁定位，对上位性、表型变异、以及基因型-环境互作的研究是当前QTL定位和分子标记辅助选择研究的重要内容；研究较深入的作物包括水稻、小麦、玉米、大麦和大豆；研究较多的性状包括病害抗性、作物产量、株高、作物品质、害虫抗性和耐旱性；
3．我国和我国的研究机构在QTL定位和分子标记辅助育种领域的基础研究方面力量较强，论文数量位居世界第二，在论文数量排名前10位机构中，我国的大学和研究机构共占据5个席位。但在相关技术领域的国际专利申请不活跃；
4. 美国在分子设计育种相关研究和专利申请上均占据重要地位。
报告提出相关建议：
1. 分子设计育种是一个集成多种技术和学科的系统工程，需要联合和发挥多家研究机构的力量，建议在国家层面组建“分子设计育种研发联盟”，集中设施、人才和资金优势，以我国丰富的作物基因资源为核心，立足于国家粮食安全与农业可持续发展的重大需求，依托国家科技计划，开展作物分子设计育种基础理论和技术平台建设，促进分子育种与常规育种技术的有机结合，构筑作物分子设计育种技术创新体系；
2．我国在分子设计育种相关领域的基础研究方面力量较强，论文数量位居世界前列，但在国际专利申请方面明显落后，因此建议加强产学研结合，鼓励企业参与相关研究，促进研究成果的快速转化和有效利用，构筑一体化的产业链，并加大知识产权保护。
关键词：分子设计育种作物QTL 分子标记辅助选择文献计量学分析
1引言
20世纪50年代的第一次“绿色革命”，使世界农业生产得到了飞速发展，为解决世界的粮食安全问题做出了巨大贡献。然而，随着农业生产水平的提高，投入的增产效应趋减，粮食增产的边际空间在变小；此外，耕地面积减少、生态环境恶化也正严重威胁着世界粮食生产的可持续发展；人口的不断增长和生物能源的扩张同时也给全球粮食生产提出了严峻的挑战。近年来，世界粮食增长减缓，世界粮食生产与供需趋势已经由供大于求转向供需紧张，尤其是2007/2008年世界范围的粮食危机使粮食安全问题再次成为全球关注的焦点。农业包括作物科技创新已成为解决粮食和食物短缺问题的时代理念。
在促进粮食增产的诸多科技因素中，作物品种改良是最重要推动力之一，据估计，其贡献率达1/3以上1。然而，其潜力的发挥受到了常规育种技术周期长、效率低和预见性差的严重制约。近年来，随着主要作物全基因组测序的完成，功能基因组学、蛋白质组学及生物信息学的发展，一种新的育种理念——分子设计育种在世界范围内逐渐兴起，并成为国际上引领作物遗传改良的前沿技术。设计育种（breeding by design）是Peleman和van der V oort于2003年提出来的，同时还申请了“设计育种”的注册商标2，其策略是在基因定位的基础上，构建近等基因系，利用分子标记聚合有利等位基因，实现育种目标。其后，Varshney于2005年又把基因组学和设计育种结合起来，提出了基因组学辅助育种（genomics-assisted breeding）3，即在获得全基因组序列的基础上，根据事先进行的虚拟基因组设计方案，通过一系列的育种手段和过程，获得一个聚集大量有利基因、基因组组配合理、基因互作网络协调、基因组结构最为优化的优良品种。分子设计育种是一个集成多种学科和技术的系统工程，它以生物信息学为平台，以基因组学和蛋白组学等数据库为基础，综合作物育种学流程中的作物遗传、生理、生化、栽培、生物统计等所有学科的有用信息，根据具体作物的育种目标和生长环境，在计算机上设计最佳方案，然后开展作物育种试验的分子育种方法。与传统育种技术相比，分子设计育种能够实现从“经验育种”到定向高效的“精确育种”的转化，为保障粮食安全提供了新的技术途径，同时也对减少农业生产对资源的过度利用和环境污染具有重大的科学和现实意义。目前，许多国家正在开展作物分子设计育种相关基础研究工作，积极为进入分子设计育种时代奠定基础。
我国是农业大国，粮食安全问题一直是重大战略问题。在2008年10月9日～12日举行的中国共产党第十七届三中全会审议并通过的《中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定》中，“确保国家粮食安全”被放在了首位。在我国人口、资源、环境等刚性条件约束下，培育高产、优质、高效作物新品种是确保我国粮食安全、改善人民健康，促进农业可持续发展的重要途径之一，作物分子（设计）育种成为国家相关战略规划确定的优先发展方向并得到了国家科技计划的重点支持。我国在2001年4月发布的《农业科技发展纲要（2001年—2010年）》提出要“加强农业生物技术研究。运用生物技术培育动植物新品种，注重分子水平上的生物育种技术与育种方法研究……”。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将动植物品种与药物分子设计技术确定为前沿技术。我国的“863”计划、“973”计划均设立了“分子（设计）育种”专题并启动了相关项目。分子（设计）育种技术已成为我国作物育种研究的重点方向，并将在作物品种遗传改良中发挥越来越重要的作用。
中国科学院也高度重视作物分子设计育种研究，在中国科学院“十一五”第一批知识创新工程中启动了“小麦、水稻重要农艺性状的分子设计及新品种培育推广”重大项目，最终目的是建立和完善多基因组装分子设计育种的理论和技术体系，实现传统遗传改良向品种分子设计的跨越，培育
1https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/biology/bioenginering/80269.shtml
2Peleman J D，van der V oort J R．Breeding by design[J]．Trends in Plant Science. 2003, 8(7)：330—334
3Varshney R.K., Graner A., Sorrells M. E. Genomics-assisted breeding for crop improvement. TRENDS in Plant Science,
出具有高产、优质、高效、抗病虫、耐逆和稳产性状的水稻和小麦新品种，为保障国家粮食和环境安全、促进作物育种理论和应用研究的创新做出重大贡献。
为此，本课题选择“作物分子设计育种”进行研究，以期利用情报研究的方法、技术和手段，揭示国际上分子设计育种相关研究领域的发展趋势，研究热点和重点方向，旨在为我国和我院相关领域的科技创新活动提供国际参照，为中国科学院“现代农业科技创新基地”提供战略情报研究的支撑。本次利用的Aureka专利分析平台是世界著名的专利分析和管理平台，可以通过统计、聚类、引证、地图分析等方法，揭示分子设计育种相关技术分布和发展趋势；文献数据库为世界三大权威农业数据库之一的国际农业和生物学中心文摘数据库（CABI），通过对文献进行了基于数量和主题的分析，揭示分子设计育种相关研究的热点和方向。
2国内外作物分子设计育种相关研究计划和项目
近年来，拟南芥和主要作物（特别是玉米、水稻和小麦）全基因组测序的完成，功能基因组学、蛋白质组学及生物信息学的发展，为作物分子设计育种创造了条件。目前，国内外许多国家正在开展作物分子设计育种相关基础研究工作，积极地为进入真正的分子设计育种时代奠定基础。通过定性调研分析，总结了代表性农业发达国家、国际农业组织和我国作物分子设计育种相关基础研究的计划与项目布局。
2.1 美国
美国分子设计育种研究相关工作主要在美国国家植物基因组计划（NPGI）、美国国家科学基金会（NSF）的植物基因组研究计划（PGRP）和美国农业部（USDA）资助的国家研究计划之下开展。
2.1.1 国家植物基因组计划（NPGI）
NPGI 由1997年美国总统行政办公室组建的植物基因组联合工作组（Interagency Working Group on Plant Genomes，IWG）负责制定并协调管理。IWG的成员来自对NPGI进行资助和管理的主要联邦机构，包括农业部、国家科学基金会、国立卫生研究院、能源部、白宫科技政策办公室和预算管理局。NPGI于1998年1月正式启动，其第一个五年计划的研究内容主要包括结构基因组研究、功能基因组研究和基因组研究成果的应用三大部分。主要研究目标包括：（1）拟南芥和水稻基因组测序；（2）开展主要农作物和经济植物的结构基因组研究；（3）开展以植物产量基因为重点的功能基因组研究；（4）进行植物基因组学研究工具的开发；（5）植物基因组数据库和研究资源的开发与应用；（6）开展植物基因组知识和研究成果的培训与推广。第二个五年计划主要集中在：开发出大量的低成本技术；有效管理信息量巨大的植物基因组数据库；并培训新一代植物基因组科学家，使其能够正确理解和有效利用这些信息资料等。
在国家植物基因组启动计划下，美国基金会、美国农业部和美国能源部于2005 年11 月共同资助开展了玉米基因组测序计划，对玉米全基因组进行测序。同时，还正在进行着一项高粱基因组联合启动计划，主要是以乔治亚大学牵头的6 家单位联合申请，由美国能源部联合基因研究所测序。
2.1.2 NSF植物基因组研究计划（PGRP）
PGRP是NPGI 的一项协调计划（coordination plan）。目前，PGRP 的在研项目约有300项。在基因组研究方面开展的项目主要包括结构基因组、功能基因组和比较基因组，涉及的作物有玉米、马铃薯、高粱、棉花、番木瓜、大麦、小麦、葡萄、茄属和稻属作物等。其中经费额较高的项目包括：玉米基因组测序；玉米基因组分子和功能多样性；稻属图谱比较研究项目；马铃薯功能基因组学：用于分析生长、发育、代谢和对生物及非生物胁迫的反应。在生物信息领域开展的项目有：大分子结构数据库（MSD）；用于谷物比较基因组学平台Gramene；通过PlantGDB数据库研究（比较）植物基因组的网络基础结构。在分子设计育种模拟领域设立了项目有应用综合功能和计算策略研究
番茄分泌蛋白质组的特点。4
2009年，PGRP将投入5730万美元，新资助20个项目。这些项目将更准确地解释植物对环境变化的反应，并有助于了解重要经济作物的遗传过程。项目支持对基因组结构和功能的研究和工具开发，将利用序列和功能基因组学资源，进一步了解玉米、大豆和水稻等重要经济作物的基因功能和基因组-环境互作。相关研究有：植物激素对玉米生长发育的调控作用；小麦基因组资源开发，以配合美国和国际上正在进行的小麦基因组测序工作，支持小麦染色体物理图谱的绘制；建立植物突变种群，以推动对大豆重要农艺基因功能的进一步了解。5
2.1.3 USDA资助的国家研究计划——植物遗传资源、基因组学和遗传改良计划6
USDA制定了植物遗传资源、基因组学和遗传改良计划的《2006～2011年行动计划》。该计划有两部分工作属于分子设计育种相关研究，即作物信息学、基因组学和遗传分析与作物的遗传改良。（1）作物信息学、基因组学和遗传分析
基因组数据库管理和信息工具的开发。在各种不同政府机构的资助下，美国一直在开发建立和储存大量基因组、表型和种质数据集的数据库。然而，数据库间的联系与数据集通常缺乏有效的整合，美国农业部农业研究局将对当前的数据库技术和信息学工具进行评估，开发所需的新技术和新工具，创建综合数据集，并促进各类数据库间的协同工作能力。
作物基因组的结构比较与分析。将对以下方面进行研究：重要农艺基因组的详细遗传图谱和标记；遗传、物理和细胞遗传的综合图谱；对复杂基因组（包括多倍体物种）进行遗传和基因组分析的改良工具；具有广泛规则且定向毗连群的BAC文库；候选基因位置的注释基因序列；用户定制设计的排列基因组结构的寡核苷酸微阵列。
重要性状的遗传分析与定位。开发复杂（如多倍体）物种的定位理论，确定互作基因组作用的方法及研究作物性状遗传控制的有效策略；对用于绘制高分辨率图谱的多种作物定位群体和遗传种群进行构建、维护、确认基因型及分类；运用高通量的表型分析发现控制产品质量、病虫害抗性和对环境变化具有耐受性的基因；运用定位和比较遗传分析确定控制这些性状的基因和优势等位基因。目标是：制定定位性状的新理论和新策略；建立用于识别基因和等位基因的性状定位群体和遗传种群，如近等基因系、重组自交系、转座子敲除和定向诱导基因组局部突变技术（TILLING）资源；确定控制关键性状的基因和相关标记。
（2）作物的遗传改良
作物改良的遗传理论和方法。为主要作物和特种作物开发整合基因组学和遗传学知识的方法，如分子标记辅助选择；对遗传机制影响选择和遗传改良的方式进行评估；发现、验证和在育种规划中应用QTL。目标是改进实验设计；加强确定、验证和应用QTL的能力；制定出可靠的分子标记选择方法和程序。
利用未被开发的遗传多样性。建立更有效的策略和方法对遗传多样性进行鉴定和评估，寻求抗生物和非生物胁迫的遗传多样性；识别具有抗害虫和气候胁迫基因的种质；评估育种系和种质群，确定合适种质的基因型和表型，以作为使用基因改良抗虫性、耐气候胁迫性、作物生产力及新用途的基础。目标是开发遗传库，用于作物改良的研究工具和潜在的基因来源；获得已确定具有抗生物和非生物胁迫性的种质；成功利用确定了的具有新性状和特性的种质开发具有新用途和新产品的新品种；评估那些有助于开发出含有古老种质和野生亲缘种性状的作物信息。
4
https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/awardsearch/afSearch.do?SearchType=afSearch&page=4&QueryText=&PIFirstName=&PILastName=& PIInstitution=&PIState=&PIZip=&PICountry=&ProgOrganization=&ProgOfficer=&ProgEleCode=&BooleanElement=false &ProgRefCode=&BooleanRef=false&ProgProgram=plant+genome+research+project&ProgFoaCode=&OriginalAwardDate Operator=&OriginalAwardDateFrom=&OriginalAwardDateTo=&StartDateOperator=&StartDateFrom=&StartDateTo=&Exp DateOperator=&ExpDateFrom=&ExpDateTo=&AwardNumberOperator=&AwardNumberFrom=&AwardNumberTo=&Awar dAmount=&AwardInstrument=&RestrictActive=on&Search=Search#results
5https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/News/releases/2008/october/24137.htm
释放种质创新（或改良）遗传资源和品种。开发在多种耕作系统中都具有内在高生产力特性的作物基因库；开发具有抗病虫害、耐非生物胁迫、能应对气候变化，及满足消费者需求的新种质和栽培品种。最终制定整合了基因组学的标记辅助选择育种计划；获得具有理想性状的新的改良种质和作物品种等。
2.2 英国
英国环境、食品和农村事务部（Defra）于2003年建立并持续资助的三个遗传改良网络项目涉及作物分子设计育种研究。这三个项目分别是：小麦遗传改良网络（Wheat Genetic Improvement Network，WGIN）、油菜遗传改良网络（Oilseed Rape Genetic Improvement Network - OREGIN）和豆类作物遗传改良网络（Pulse Crop Genetic Improvement Network，PCGIN）。
2.2.1小麦遗传改良网络项目
该项目旨在通过联合公共部门的研究力量，促进研究人员和最终用户之间的合作，培育出携带有创新性状的前育种材料，并创造先进的育种技术，以促进英国小麦生产的可持续发展。该项目包括来自英国大学、研究机构和企业的科研人员和管理人员，代表了英国在小麦遗传改良领域的重要力量，主持机构是英国生物技术与生物科学理事会下属的洛桑试验站（Rothamsted Research）。
该项目以六倍体和二倍体小麦为研究对象，主要利用基因组学、生物信息学、遗传定位以及分子标记等技术培育带有创新性状的小麦种质资源（图1）。主要研究活动包括：收集小麦遗传资源（2）；进行遗传定位和开发标记（3）；检测六倍体多样性（4）；进行性状鉴定，包括产量、品质、抗病害、氮利用效率等，并开发相关标记，创建并维护性状数据库（5）；以一粒系小麦种（T.monococcum）为模式植物，研究性状、基因和变异等位基因，并研究基因型和表型之间的关系（6）；研究突变（7）；小麦杂交（8）；通过PCR TILLING技术鉴定基因序列变异（9）；研究水稻、大麦、玉米和小麦的同线性（10）。
图1 WGIN项目的主要研究活动7
注：图中的阿拉伯数字代表上述相应的研究活动。
2.2.2 油菜遗传改良网络8
油菜遗传改良网络旨在创建一个前育种通道，把可持续性性状导入油菜，培育油菜新品种，促进油菜生产的可持续发展。该项目第一阶段历时5年（2003~2008年），主要通过资源收集、性状鉴定、信息交流等，开发新的技术和应用。第二阶段（2008~2013年）则通过前育种研究，开展油菜适应气候变化的研究，减少油菜生产的环境足迹。第二阶段的研究主要包括三方面的内容：继续保持和开发油菜种子和病原遗传资源，促进有益变异的分析和基因渗入；对重要性状的遗传变异进行定量化分析和特征分析；开发前育种工具包，最大程度利用遗传多样性。
2.2.3 豆类作物遗传改良网络9
PCGIN项目开始于2005年，研究目标和行动具体包括：
●促进豆类作物遗传改良相关利益方的合作和交流，这对项目科学研究活动的应用和推广具
有重要意义；
●分析和评价创新豆类种质资源的表型特征，并开发相关的遗传标记；
●把现有豆类作物的品种特征、区位特征、生产等数据与基因型数据结合起来，利用遗传标
记进行基因型品种选择，并建立重组自交系；
●利用TILL技术进行反向遗传研究；
●进行遗传定位研究，为豆类作物的性状分析提供创新种质，并绘制遗传图谱；
●种子质量性状的遗传学研究。
2.3 加拿大
2.3.1 基因组研究
加拿大的基因组研究主要由一个专门的研究机构——加拿大基因组机构（Genome Canada，GC）负责，该机构是于2000年2月成立的一个非赢利组织。受加拿大政府委托，该机构通过支持大型基因组学和蛋白质组学研究计划，来发展和实施国家战略。10到目前为止，加拿大基因组机构已在加拿大全国建立了6个基因组中心，即：英属哥伦比亚基因组中心（Genome British Columbia, Genome BC）、艾伯特基因组中心（Genome Alberta）、大草原基因组中心（Genome Prairie）、安大略基因组学研究所（Ontario Genomics Institute）、魁北克基因组中心（Genome Québec）、大西洋基因组中心（Genome Atlantic）等11，并与其他伙伴展开合作，投资并管理着重要领域的大型研究项目，例如农业、环境、水产业、林业、健康和新技术研发等，并为伦理、环境、经济、法律和社会等基因相关领域的研究项目提供支持。
截至2008年12月12日，共开展了115项大型项目（其中已经结束的项目为69项，正在进行的项目有46项），所涉及金额共计约为16.52 亿加元，各领域投资比例如图2。其中大型项目中涉及农业领域的有8项，投资金额为1.7亿加元，仅次于健康领域（投资金额为11.27亿加元）之后，位居第二位。涉及的作物有葡萄、油菜等。
8https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/stakeholders/meetings/21nov08/GJK_Oregin_stakeholders08a.pdf
9https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/o1/index.htm
10http://www.genomecanada.ca/
第二阶段（2002~2005年），实施了提高作物潜能项目的基因组学，以定向分析改良作物潜能和价值所必需的关键代谢和发育过程；在第三阶段（2005~2008年），对芸苔种子发育和代谢过程进行了功能基因组学分析，其目标是改良芸苔种子品质性状。使用第二阶段开发的生物信息学方法，研究人员将基因、蛋白和代谢信息整合进了一个“虚拟种子”数据库。这种功能基因组学研究有助于鉴定和描述新基因和遗传元素，从而有助于开发一种能被评价并能最终整合进作物育种项目中的原型种质。该项研究目前还在持续进行。
2.3.3加拿大农业和农业食品部资助的项目13
加拿大农业和农业食品部（AAFC）资助抗菜豆细菌性枯萎病、炭疽病和菜豆花叶病毒的干豆种的标记辅助育种14，以及涉及QTL或EST等研究内容的植物科学研究计划：如应用分子和基因组方法开发抗细菌性枯萎病菜豆品种、甜樱桃质量性状分子标记的开发，捕获抗赤霉病（FHB）春小麦的新策略和基因等。15
2.3.4 安大略省大豆种植者计划（Ontario Soybean Growers projects）16
加拿大安大略省大豆种植者计划也开展了作物分子设计育种相关研究工作，涉及分子标记、标记辅助选择、QTL定位等。布局的项目有：大豆抗虫标记辅助选择（MAS）和用于豆类食品的大豆突变体的分子特征；加拿大农业及农业食品部（AAFC）抗蚜虫病害和提高利用率的大豆育种与研究；开发富含异黄酮大豆；应用分子标记开发低亚麻酸、无脂氧酶大豆种系；调控白霉病QTL的鉴定；分子标记的开发以帮助培育抗疫霉根腐病大豆；高抗疫霉根腐病大豆的开发；调控白霉病的数量性状位点（QTL）的鉴定与QTL关联的分子标记的开发；调控大豆疫霉根腐病抗性QTL的相关分子标记的开发及其在大豆育种中的标记辅助选择。
12http://www.pbi.nrc.gc.ca/ENGLISH/programs/seed-systems.htm
13http://www.soybean.on.ca/researchfunding.php
14http://www4.agr.gc.ca/AAFC-AAC/display-afficher.do?id=1186003934077&lang=eng
15http://www4.agr.gc.ca/AAFC-AAC/display-afficher.do?id=1216927234687&lang=eng
2.4 澳大利亚
2.4.1 基因组研究计划
澳大利亚在作物基因组研究方面开展的基础工作为作物分子设计育种奠定了良好的基础。其独立进行的基因组计划主要有：
（1）窄叶羽扇豆（Lupinus angustifolius）的基因组学研究17
由西澳大利亚大学地中海农业豆类中心（CLIMA）于1997年开始。在CLIMA的领导下，西澳和默多克大学农业与食品系（DAFWA）的研究小组完成了世界上第一个窄叶羽扇豆(Lupinus angustifolius L.)的基因组图谱。目前，DAFWA研究人员正在实施分子标记以辅助培育具有抗病和其他农业特征的的羽扇豆品种。
（2）谷物基因组学计划18
该计划主要由澳大利亚谷物食品合作研究中心（Grain Foods CRC）负责实施，利用基因组学和植物育种来提高谷物的加工、健康及营养特性。重点提高碾磨品质及谷物中纤维、矿物质与抗氧化物的水平。主要研究内容包括：碾磨基因、芳香基因、谷类种质、高粱改良技术、快速发芽的大麦、叶酸生物强化技术、基因型的快速确定等。这个项目采用的技术有基因表达序列分析（SAGE）、表达序列标签（EST）检测、使用毛细管电泳进行DNA测序、微阵列技术、TILLING技术以及单核苷酸（SNP）检测。
（3）小麦基因组学和蛋白质学19
该计划是由澳大利亚高附加值小麦合作研究中心从1997年开始实施的，其目标是对支撑品质种质开发的三个领域进行战略科学研究。第一个领域是基于微卫星和微阵列技术，开发高通量的分子标记；第二个领域是研究小麦蛋白质组，以鉴定与品质相关的蛋白质；最后一个领域是开发新型的、某些特别设计的、具有商业价值的特定基因变异的品种。
另外，澳大利亚基因组联盟建议开展如下作物基因组计划：水稻基因机器基因组计划（Rice Gene Machine Genome Project, RGMGP）及小麦和大麦基因组计划（Wheat & Barley Genome Projects）。
2.4.2 代表性科研机构开展的相关研究项目
（1）分子植物育种合作研究中心
分子植物育种合作研究中心（Molecular Plant Breeding CRC，MPB）主要应用分子标记和标记－性状图谱、廉价且快速的常规育种技术、有助于分析和了解DNA序列的软件、以及用于预测小麦杂交后代特征的软件来开展研究。主要研究项目包括转基因、新分子技术（New molecular technologies）、标记和遗传方法等。20
转基因研究领域包括：新基因和基因系统的鉴定、植物、环境和植物病害之间的相互作用、转化系统、基于转基因育种的策略、遗传改良生物的影响和风险评价。
新分子技术研究领域包括：基于遗传筛选的植物育种策略、分子标记的鉴定、分子标记辅助选择、预测植物杂交育种结果的育种家软件；用于分析复杂的分子植物育种数据库的工具和系统。研究目标是：开发全基因组和基于重组的育种策略；开发并评价作为标记鉴定选择策略的联合做图；开发图画形象化基因型的程序和工具以设计理想的具有基因模块最优组合的品种；开发改良的杂交结果预测的育种家软件；开发并实施整合、分析和访问用于分子植物育种的复杂和异源数据库生物信息学工具和系统；开发作物和牧草关键目标特征候选基因相关的SNP标记；开发多元化程度高的标记筛选，以降低花费提高产出。
标记和遗传方法研究领域包括：抗病和抗环境胁迫等关键性状的遗传基础、用于分子育种性状17https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,.au/research/pulses/molecular
18https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,.au/grain-genomics-program.php
19https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,.au/research/research_P3_2005.html
相关联标记的鉴定、标记实施的策略、应用分子标记技术改良种质。
当前，这些项目研究的主要作物是小麦和大麦。对于小麦，主要是开发具有耐受诸如低湿和水淹等自然胁迫的小麦品种；开发抗病的小麦品种，以防止每年因真菌和线虫浸染所造成的数百万美元的损失；开发抗盐的小麦；开发适于亚洲出口市场的一流品质的小麦；开发不易在收获前发芽的小麦品种。对于大麦，则主要关注开发用于制造麦芽糖的极高品质的大麦，耐干旱和高盐，抗病害及收获前不易发芽的大麦。
（2）澳大利亚科工组织（CSIRO）
澳大利亚科工组织开展的前育种研究正在鉴定分子标记并开发更有效的标记辅助选择策略21。
在分子标记鉴定方面，截至目前已经鉴定了许多有用的非生物与生物胁迫抗性以及品质特征QTL标记（详见附表1）。包括小麦抗逆、抗锈病、抗谷类胞囊线虫及抗大麦黄矮病毒抗性标记等。另外，正在研究如下性状的基因：茎（干）碳水化合物、蒸腾效率、冠层温度、谷粒重量和大小、根性状、早势、矮化、面粉颜色和终端产品质量等。
在标记辅助选择（MAS）策略方面，正在通过合作开发在传统和MAS 育种方案中用于模拟聚合基因和QTL的QU-Gene 界面程序，该程序可以为简单性状和复杂数量性状确定最有效的聚合策略22。另外，还正在开发应用混合模型方法进行多性状、多交叉、多环境QTL绘图方法23。
2.5 法国
2.5.1 基因组研究
1999年初，法国启动了植物基因组研究计划，以设在法国各地的试验室为基础，先研究拟南芥和水稻，然后扩展到四种对法国市场具有战略意义的作物，玉米、小麦、油菜籽和向日葵。从投入角度来看，这是除美国之外的世界第二大研究计划，在欧洲则排在第一位。该计划的研究工作已于2003年底告一段落，现正进行的工作将在2010年结束。24
2007年8月法国国家农业研究院（INRA）首次完全破解了葡萄的全基因组序列，这是完成基因组测序的第一种水果，也是继水稻、拟南芥和白杨之后第四种完成基因组图谱的有花植物。25 2008年6月11日，INRA的Clermont-Ferrand研究中心和欧洲一些致力于小麦、大麦研究的顶尖实验室共同启动了麦类基因组工程（Triticeae Genome Project）, 该计划是2005年启动的面包小麦基因组测序国际项目中的一部分，主要涉及内容包括：构建软质小麦、大麦中6条控制重要农学性状的相关基因染色体的物理图谱；分离5种抗旱、耐真菌疾病基因；建立分子选择程序和生物信息工具用于对项目成果的管理、使用和传播。26
2.5.2 代表性科研机构开展的相关项目
法国农业科学院（INRA）是法国最主要的国立农业研究机构，其开展的项目中有两类涉及分子设计育种，分别是植物遗传育种、应用数学和信息学。27
（1）植物遗传育种
有关项目包括：园艺作物育种的方法和新品种培育；PPR（pentatricopeptide repeat）蛋白家族中的应用功能基因组；葡萄分子生理学和功能基因组学；基因组学、信号传导的生物化学；高通量平台、高通量的模式植物和栽培种基因型数据产品；植物基因组生物信息学资源；苜蓿、向日葵、葡萄、谷物基因组生物学和计算资源；生物信息学数据库和工具；Moulon 蛋白组学平台；表型平台；植物基因组资源平台；TILLING技术平台及多种作物重要性状的遗传、生理和分子基础研究，该项
21http://www.csiro.au/science/wheatmarkers.html
22Wang et al, Application of Population Genetic Theory and Simulation Models to Efficiently Pyramid Multiple Genes via Marker-Assisted Selection. Crop Science, 2007(47):582-588
23Mathews et al. Multi-environment QTL mixed models for drought stress adaptation in wheat. TAG, 2008(117):
1077-1091
24孙国凤. 法国基因组研究计划. 生物技术通报. 2004 (6): 50~51
25http://www.international.inra.fr/content/download/2229/28267/version/1/file/INRA+GB.pdf
26www.international.inra.fr/research/sequencing_the_wheat_genome
目主要关注的作物包括小麦、水稻、玉米、葡萄、番茄、瓜、杏、桃和柑橘及油菜等，重点研究的性状有品质、病虫害抗性、抗逆性、繁殖性状等。
（2）应用数学和信息学
相关项目有：后基因组数据分析；生物信息学平台；遗传和分子生物学统计和数据处理；基因组统计学及遗传和分子生物学中的结构和模型等。
2.6 国际农业组织和跨国基因组研究组织
2.6.1 国际玉米小麦改良中心（International Maize and Wheat Improvement Center, CIMMYT）
CIMMYT正在利用QU-CIM工具，实现小麦育种从虚拟到实践的研究工作28。QU-CIM是CIMMYT专为小麦育种计划开发的计算机工具。可以帮助育种家更好、更快、更经济的完成小麦育种工作。在开发完善后，QU-CIM也将适用于其它农作物和其它植物的育种程序。生物统计学家、数据库管理专家Ian De Lacy表示，“该项目涵盖了53年的育种数据，是世界上最重要、最成功的植物育种项目之一”。澳大利亚谷物研究和发展公司（Grains Research and Development Corporation, GRDC）对QU-CIM项目提供了资助。QU-CIM是基于QU-GENE研发的。QU-GENE是昆士兰大学开发的模拟平台，该平台能够整合来源广泛的大量遗传学数据，并能用多种方法处理这些数据，生成多种具有现实意义的育种方案，供育种家参考决定最终方案。
QU-CIM的第一个实验正在进行。QU-CIM对CIMMYT小麦育种家提供的同一目的下的两种选种计划进行比较，并根据育种材料和具体目标，提示哪种策略更优。QU-CIM的模拟规则包括孟德尔遗传定律，也包括过去一个世纪的遗传方程（genetic equations）的研究成果。其数据源包括CIMMYT的国际小麦信息系统和地理信息系统，也能链接到农业生产系统模拟器（Agricultural Production System Simulator, APSIM），集成生物、物理、系统控制、以及其它模块，互动模拟农业系统的运作。这些集成模块能够让模拟模块根据遗传学和其它小麦育种相关因素模拟小麦的现实表现。QU-CIM能够根据不同的人工环境、不同的年限生成不同的模拟方案。
此外，CIMMYT还研制成功了育种模拟工具QuLine。该工具可以在育种家的田间试验之前，利用各种遗传信息对杂交组合的表现、后代选择效果以及整个育种过程进行模拟，提出最佳的亲本选配、杂交和后代选择策略，从而提高育种效率；QuLine可以利用大量已知基因信息和QTL作图结果，模拟不同世代标记辅助选择的效果，设计符合不同育种目标的基因型并提供获得目标基因型的最佳育种途径，从而在大量的生物信息数据和育种家的需求之间搭起一座桥梁，把大量的遗传研究结果变成能为育种家利用并为育种服务的知识。29
2.6.2 国际水稻研究所（International Rice Research Institute, IRRI）
（1）功能基因组领域
2005年，IRRI开展了功能基因组项目。经过长期努力，国际水稻基因组测序项目及其合作伙伴于2005年8月发布了水稻基因组序列。30IRRI在其2007～2015年规划中提到，到2015年，将通过全球公共和私人组织合作确定所有水稻基因的基本功能，量化水稻的遗传多样性。并且到2015年，建成一个在线种质选择系统，通过与世界遗传信息、表型和生态地理信息的无缝链接，最大限度地满足用户的具体需求。31
（2）生物信息学领域
2005年，IRRI的作物研究信息实验室（Crop Research Informatics Laboratory, CRIL）的原生物识别和生物信息学组发布了一个新一代国际水稻信息系统原型（IRIS），用户可以通过网络平台（https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,）访问功能基因组学数据以及集成的种质资源，建立了一站式水稻功能基因组学数据库。322006年，又在IRIS系统中整合了作物种质数据和作物模型。这同IRRI正在开展的国际
28https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/english/docs/ann_report/recent_ar/pdf/ar2002_Diversity.pdf
29王建康, Wolfgang H. Pfeiffer. 植物育种模拟的原理和应用.中国农业科学, 2007, 40(1)1~12
30https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/science/progsum/pdfs/DGReport2006/Project%202.pdf
31https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/bringinghope/improvinglives.pdf
Generation挑战项目（Generation Challenge Program，GCP）中信息平台的建设结合在了一起。33GCP 是一个致力于应用分子生物学进展为发展中国家进行作物改良的国际研究同盟。该同盟的中心任务是创建下一代全球作物信息平台和网络，以共享遗传资源、基因组学和作物改良信息。该系统是在全面的科学领域目标模型以及相联系的共享本体的基础上进行设计的，覆盖了种质库、基因型、表型、功能基因组学以及GCP研究所必需的地理信息数据类型。
2.6.3 跨国基因组研究组织及其计划
作物基因组研究作为分子设计育种的基础研究部分，对最终成功培育理想性状具有重要作用。近些年，随着分子生物学、遗传学、生物化学和细胞学等的发展，各国在作物研究上的注意力很快转向了基因组学，因为这是决定一个国家将来在粮食、医药、花卉、环保等领域竞争能力的制高点，各国针对自己国家的实际情况分别支持相应的研究，同时由于作物基因组研究的广泛性和复杂性，一个国家很难独立完成，也为了避免相互间不必要的冲突和浪费，许多国际合作的作物基因组组织相继建立，并逐步启动、实施和完成了一系列作物基因组研究计划34。
（1）国际水稻基因组序列计划（IRGSP）
1997启动，目的是获得水稻基因组的高质量图谱序列，采用clone-by-clone shotgun 测序策略以使每个测序的克隆可以结合到遗传图谱的特定位置并很快向公众公布。2004 年12 月IRGSP 完成了水稻（Oryza sativassp.）基因组的测序并于2005 年在Nature 上发表。该计划包括10 个成员国和地区：日本、美国、中国、台湾地区、韩国、印度、泰国、法国、巴西和英国。2003 年成立了国际水稻功能基因组学协会，并由10 个国家18 个机构的科学家组成了一个类似多国合作拟南芥指导委员会的过渡指导委员会。
（2）大豆基因组测序计划
该工作最早是由Samuel Robert 诺贝尔基金会于2001 年，对美国俄克拉荷马大学进行资助而启动的一项计划，随后美国国家科学基金会和欧盟的第六框架计划也为其提供了资助。在该计划中，美国国家科学基金会的项目“模式豆类植物Medicago Truncatula 的基因空间测序”负责研究6 条染色体，欧洲的合作者负责研究2 条。目前该计划仍在进行中，其鉴定出的富含基因的BAC序列已被GenBank 数据库收录。参与该计划的国家有阿根廷、澳大利亚、巴西、中国、哥伦比亚、印度、日本、马拉维、新西兰、俄罗斯、英国和美国。
（3）国际茄科基因组计划（SOL）
2003 年11 月，来自10 个国家的代表在美国华盛顿启动了一个为期10 年的国际茄科基因组计划（SOL），即在以后十年，国际茄科基因组计划将建立一个关于茄科家族知识的并列网络，目标是回答生命和农业的两个最重要的问题：一套普通的基因或蛋白是如何形成能够占据地球的具有如此广泛形态和生态特征的生物；如何使对生物多样性遗传基础的深入理解更好地促进社会与环境协调发展。另外，该计划还包括三个部分：①欧洲茄科基因组计划（EU-SOL）。该计划由欧盟委员会通过第六框架计划进行资助，目标是培育带有对消费者、销售者和加工者都很重要的高质量的改良番茄和马铃薯品种，对这两个品种的研究主要集中在与健康、营养价值、口感、气味、生命周期、淀粉组成、产量，以及植物株型基因的绘图、分离和特性描述上；②拉丁美洲茄科基因组计划。该计划是由拉丁美洲的成员实验室组成的研究茄科的一个综合研究网络，目的包括：为从事茄科植物基础研究和应用研究的科学家提供交流与合作的便利；吸引从事茄科研究的不同领域、不同国度、不同学术观点的科学家；作为结点整合已经启动的SOL 和EU-SOL 计划；③国际番茄测序计划。该计划是一个国际测定中心联盟对12条番茄染色体的基因丰富区进行测序，这是国际茄科基因组计划基因网数据库的第一步，它计划将茄科家族所有植物的遗传图谱和基因组结合起来，其基因组约为950Mb，参与的每个中心负责一条染色体，基因组被分成可操控的BACs，分别测序后再组合起来。参与的国家包括美国、韩国、中国、英国、印度、荷兰、法国、日本、西班牙和意大利。项目
33https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/science/progsum/pdfs/DGReport2006/Project%202.pdf
正在进行中，迄今为止，20%的序列已经完成，14%的BACs 报道完成，11%的BACs 可以下载。（4）小麦基因组研究联盟2010计划（IGROW）
2002年6 月在加拿大召开的ITMI 会议上，从事麦类研究的科学家讨论了IGROW的概念并开始组织麦类基因组学的研究，也希望在10 年内取得突破，起名“IGROW2010 计划”，类似于“拟南芥2010计划”，但设想相对低调，内容主要包括：积累麦类植物遗传学和生物学知识；保存麦类遗传组织和资源；为所有麦类保存者提供平台。主要在以下10 个领域提供不同麦类研究的合作与指导：生物资源、野生物种、突变体、绘制基因图谱的种群、细胞遗传材料和DNA库等；结构和功能基因组学；蛋白质组学；转化和遗传工程；染色体工程和外来转化；麦类-害虫相互作用遗传学；麦类生理学；育种和作物改良；小麦利用；生物信息学。该计划启动了面包小麦基因组的测序计划，成立了指导委员会，成员包括澳大利亚、美国、法国、中国、日本、瑞士和英国等。该计划为已经启动的麦类测序计划提供了一个整合的平台，并以此吸引更多的资助，研究主要集中在基因丰富区，目标是获取作物特有的农业重要基因的结构信息。为了方便国际间的合作，又成立了国际小麦基因组测序联盟（IWGSC），主要目的是获得和确保公众使用面包小麦的全基因组序列，从而推进小麦产量和应用的研究。联合主席国有澳大利亚、美国、法国和瑞士。
（5）欧洲小麦基因组启动计划（ETGI）
该计划开始于2005 年9 月，是一个欧洲层面上的小麦族基因组研究合作平台和代表，通过“国际麦类图谱启动计划”与国际研究团体联系，主要支持小麦、大麦和黑麦基因组的测序和研究。参与国家包括奥地利、塞浦路斯、捷克、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、匈牙利、以色列、意大利、拉脱维亚、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、土耳其和英国。
（6）全球香蕉基因组联盟（GMGC）
在比较基因组学方面，香蕉被看作理解在生物和非生物胁迫下基因组进化的一个多倍体植物繁殖的理想模式。全球香蕉基因组联盟由23个国家的32 个研究所的专家组成，目标是对香蕉基因组进行测序和产生新的香蕉变异。该组织成员在序列数据和技术方面进行合作，成果将向公众公布。参与国家包括澳大利亚、奥地利、比利时、巴西、中国、捷克, 芬兰、法国、德国、印度、日本、马来西亚、毛里求斯、墨西哥、荷兰、尼日利亚、菲律宾、南非、乌干达、英国、美国和委内瑞拉。（7）国际大麦测序联盟（IBSC）
大麦（Hordeum vulgare L.）是第一个被驯化的谷类作物，是世界广泛种植的第四大作物，对冷、干旱、盐碱的抵抗力强。IBSC的目标是获得一个新的整合的大麦全基因组物理图谱，短期目标是识别剩余的大约5 万个基因，包括5' 和3' 端的调节区，长期目标是将有序的物理图谱与基因图谱连接以加速作物改良。该联盟于2006年8 月成立，包括美国、德国、英国、芬兰、澳大利亚和日本。
2.7 国际会议
为了揭示作物分子设计育种相关研究的最新动态，本报告对2008年召开的相关国际会议进行了调研（表1）。从这些会议的主要内容可以看出，目前在作物分子设计育种领域，开展的还主要是一些相关基础性研究，包括基因组、QTL定位、分子标记、标记辅助选择等，其中在基因组研究领域开展的工作较多，并且越来越具体地深入到了各功能领域的基因组研究，如农业可持续与食品安全基因组学；营养与健康相关的植物基因组学及植物生物技术生物安全基因组学等。
表1 2008年与作物分子设计育种相关的国际会议信息
2.8 我国的研究规划与布局
2.8.1国家相关战略规划
2001年4月发布的《农业科技发展纲要（2001—2010年）》提出要“加强农业生物技术研究。运用生物技术培育动植物新品种，注重分子水平上的生物育种技术与育种方法研究……”。352006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将动植物品种与药物分子设计技术确定为前沿技术。36
2.8.2 国家科技计划布局
（1）863计划
2007年，863计划现代农业技术领域启动了“动植物品种分子设计”专题。37“十一五”期间，本专题以主要植物（水稻、小麦、玉米、大豆、棉花、油菜、蔬菜、林草等）、动物（猪、牛、鸡等）为研究对象，重点研究：重要性状的分子构成解析；转基因技术；优异性状多基因聚合；品种分子设计的信息系统；品种分子设计工程；品种分子设计的技术体系与验证。通过本专题的实施，重点解析动植物重要性状的分子构成，鉴定具有自主知识产权和重要应用价值的新基因；突破多基因聚合和基因转移操作技术瓶颈，创建动植物品种分子设计技术体系；研发品种设计工程技术和信息系统，建立品种分子设计信息网络，构筑适合我国动植物品种分子设计的技术体系，创制一批动植物
35https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/caas/news/ShowTechPolicy.asp?id=1
36https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/jrzg/2006-02/09/content_183787.htm
优良新品种，提高我国动植物育种的原始创新和集成创新能力，实现育种理论和关键技术的新突破，抢占世界生物育种技术制高点。支持的课题分为两类，即探索导向类课题和目标导向类课题：前者主要包括作物重要性状形成的代谢途径解析、植物重要性状表达调控相关的小分子RNA功能分析及利用；后者只有一个课题，支持主要农作物分子聚合育种。
（2）973计划
2008年，973计划在农业领域设立了作物分子设计项目“主要作物高产、优质品种设计和选育的基础研究”。研究主要作物（小麦、玉米、大豆等）高产和优质性状的遗传机理，鉴定出具有重要实用价值的分子靶点，通过常规和分子育种手段的结合，创制在产量、品质等目标性状上表现突出的育种材料，建立多基因组装育种的理论和方法体系。38
之前，973部署的许多项目也为作物分子设计育种奠定了很好的基础，如2002年启动的“重要农作物品质性状功能基因组学与分子改良的研究”，主要开展了小麦、大豆和棉花品质性状功能基因的分离、表达和功能研究；“作物高效抗旱的分子生物学和遗传学基础”，其中开展了抗旱相关新基因及其生物学功能、抗旱基因表达图谱分析及抗旱同源基因的功能解析、作物高效抗旱的基因工程基础及水稻抗旱基因的发掘与遗传网络解析及重要抗旱基因的克隆等研究；“主要农作物核心种质重要功能基因多样性及其应用价值研究”，以水稻、小麦、大豆为主要研究对象，研究控制营养高效、抗病、产量等重要农艺性状基因的种类、数目、基因互作与进化，重要目标基因在种质资源中等位基因的结构变异特点、种类及分布，不同等位基因的功能及利用价值等；“棉花纤维品质功能基因组学研究与分子改良”及“水稻重要农艺性状的功能基因组和分子基础研究”等。39
（3）国家自然科学基金项目
2008年1月国家自然科学基金启动了作物分子设计育种相关项目“利用计算机模拟探索抗胞囊线虫大豆品种分子设计育种方法”和“水稻抗虫基因的克隆与功能研究”；并将于2009年1月启动“基于单片段代换系（SSSL）的水稻分子设计育种技术体系的建立”。40
（4）中国科学院重大项目
2008年，中科院启动了院重大项目“小麦、水稻重要农艺性状的分子设计及新品种培育推广”。该项目在我国水稻结构和功能基因组研究已取得重要成果的基础上，结合国际系统生物学及其它相关研究领域中的最新进展，开展小麦和水稻优质、高产、抗逆和营养高效利用等的分子设计和多基因组装育种的理论与应用研究，争取在小麦和水稻品种分子设计研究上率先进入国际前沿；重点围绕小麦品质性状的分子设计和改良、小麦养分利用效率的分子设计和改良、小麦耐逆和抗病性的分子设计和改良、杂交稻淀粉品质的分子设计和改良、水稻产量性状的分子设计和改良、水稻抗逆和养分高效利用性状的分子设计和改良、水稻抗虫抗病性状的分子设计和改良以及小麦、水稻分子设计平台建设等8个方面展开研究，利用植物基因组学研究积累的知识和资源，建立高效和便捷的多基因聚合品种分子设计体系，培育出符合国家农业发展重大需求的水稻和小麦新品种。
该项目的预期目标是：通过常规育种、分子标记辅助选择、新种质创制和转基因等技术，建立和完善品种分子设计育种体系，以小偃麦系列以及生产上大面积推广的水稻品种和重要种质为基础，完成10个重要农艺性状的分子设计和改良，培育出小麦和水稻新品系25-30个，其中，小偃麦品系品质达到国家强筋小麦一级标准、氮磷和水分利用效率分别提高10%-15%、高抗条锈和白粉病；杂交稻淀粉品质达到国家优质稻谷一级标准、产量提高5%-10%、抗病(白叶枯、稻瘟病)和虫害(鳞翅目害虫及稻飞虱)、氮磷利用效率分别提高10%-15%，育成新品种6-8个，累计推广面积3 000万亩，大幅度提高我国小麦、水稻遗传改良的技术水平，显著提高新品种在我国粮食增产中的贡献率，为满足我国农业可持续发展不断做出重大贡献。41
38https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/news/readnews.asp?nwsid=41080201094150
39https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/AreaItem.aspx?fid=01
40https://https://www.doczj.com/doc/8615492172.html,/portal/proj_search.asp
2.9 小结
作物分子设计育种（breeding by design）是Peleman和van der V oort于2003年提出的一个新概念，虽然距今只有5年的时间，但已成为国际上引领作物遗传改良的最先进技术。根据对主要代表性国家（美国、英国、加拿大、澳大利亚和法国）、国际农业组织（国际玉米小麦改良中心和国际水稻研究所）、国际基因组组织计划、国际会议及我国的调研，可以看出：
（1）各国在作物遗传改良中都不同程度地布局和开展了作物分子设计育种相关研究。但主要代表性国家的研究工作主要蕴藏在其它基因组计划项目、作物遗传改良计划项目中，未见由专门的“breeding by design”计划或项目；而我国对作物分子设计育种（或称品种分子设计）的提法非常明确，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》中动植物品种分子设计技术确定为前沿技术，并于2007年，在863计划现代农业技术领域启动了“动植物品种分子设计”专题。2008年，973计划也在农业领域设立了“主要作物高产、优质品种设计和选育的基础研究”项目。
（2）作物分子设计育种尚处于起步阶段，还没有在实践中利用该技术体系培育出商业化品种，目前开展的主要是相关基础研究工作，包括基因组研究（包括结构基因组、功能基因组和比较基因组研究）、基因和QTL定位、分子标记开发、标记辅助选择、转基因技术、定位群体的构建、生物信息学工具和平台数据库的开发及育种模拟工具和软件的开发等。
（3）目前，在作物分子设计育种领域取得相对进展较大的是国际农业组织——国际玉米小麦改良中心。该组织在其面包小麦育种计划中明确设立了一个分子设计育种项目，即QU-CIM项目：小麦育种从模拟开始。并成功开发了育种模拟工具QuLine，该工具可以在田间试验之前，利用各种遗传信息对杂交组合的表现、后代选择效果以及整个育种过程进行模拟，提出最佳的亲本选配、杂交和后代选择策略，从而提高育种效率；也可以利用大量已知基因信息和QTL作图结果，模拟不同世代标记辅助选择的效果，设计符合不同育种目标的基因型并提供获得目标基因型的最佳育种途径。
（4）作物分子设计育种是一个综合了多学科（作物遗传、生理、生化、栽培及、生物统计等）和多项技术（基因组、QTL定位、分子标记、标记辅助选择、转基因技术及计算机模拟等）的育种体系，其中每项研究内容也都具有很大的广泛性和复杂性。在调研中发现，许多研究计划或项目通过机构间及跨国合作来实施。如英国环境、食品和农村事务部资助的小麦、油菜和豆类作物遗传改良网络项目，通过加强科研机构和植物育种企业的交流与合作来开展；再如，许多基因组计划通过国际合作来实施。
3从文献角度分析作物分子设计育种相关研究的发展趋势
通过定性调研和专家咨询，可以看出，目前作物分子设计育种还处于起步阶段，主要集中在QTL 定位研究、分子标记辅助选择育种以及转基因育种研究上，由于今年初我们曾专门围绕转基因作物做了专门的分析报告42，因此本次文献主要分析QTL定位和分子标记辅助选择育种研究领域。
3.1数据来源及方法
本次分析采用的数据库为世界三大农业文献检索数据库之一的CABI文摘数据库网络版，利用关键词、领域分类、文献类型相结合的方式43对2000～2008年11月间各国在QTL定位和分子标记辅助育种领域发表的期刊论文（journal articles）进行了检索。数据采集时间为2008年12月6日，共得到有效数据5501条。
本次分析利用的数据挖掘和可视化工具是美国Thomson公司开发的分析工具TDA（Thomson Data Analyzer）和中国科学院国家科学图书馆&北京理工大学共同开发的战略情报分析平台。
422007学科领域国际发展态势分析——转基因作物国际发展态势分析
43检索式(((Quantitative trait locus) or (Quantitative trait loci) or qtl or qtls or (Quantitative trait mapping) or (Quantitative trait map)) or ((marker assisted selection) or (molecular assisted selection) or (molecular marker assisted
3.2 数据分析
3.2.1 基于论文数量的分析
（1）论文数量的年度变化趋势
2000～2008年，有关QTL 定位和分子标记辅助育种的论文数量逐年增加（图5），2000年为350篇，2007年达到814篇，增长了1.3倍。其中2002~2004年增长速度较快，2005年后增速减缓。由于数据库的滞后性，2008年的数据不完整，仅供参考。
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年
图5 2000～2008年QTL 定位和分子标记辅助选择育种论文数量的变化趋势 （2）重点国家发文量对比分析
对不同国家的发文量进行统计（图6），可以看出美国的论文数量最多，达1250篇，约占论文总数的23％；中国位居第二，占论文总数的21%，中美两国的论文数量占论文总数的44%，这从一个侧面反映出美国和中国在QTL 定位和分子标记辅助育种研究领域具有较强的实力。位居其后的分别是日本、法国、澳大利亚、印度、英国、德国、加拿大、意大利，这些国家分别位居论文数量排名的前3～10位。排名前10位国家的合计论文数量占论文总数的比例高达78%。
0200400600800100012001400USA
China
Japan
France
Australia
India
UK
Germany
Canada
Italy
Other
图6 2000～2008年主要国家的论文数量
分析上述10个国家的论文数量随时间的变化趋势（图7），可以看出，美国的论文数量一直保持较高的水平，中国近三、四年的发展态势强劲，从2005年起论文数量超过美国，跃居第一位。其他国家的论文数量变化不明显。
2008
图7 2000～2008年主要国家论文数量随时间的变化趋势
分析这些国家最近三年的论文数量占其总论文数量的比例（表2），可见，中国最近三年的发文量占其总发文量的56％，在10个国家中比例最高，相比之前呈明显增加态势。此外还可以看出，地处亚洲的国家，即中国、印度和日本近三年的发文量所占比例均在40％以上，位居10个国家的前3位，这从一个侧面反映出最近三年这些国家在QTL 定位和分子标记辅助育种研究领域的活跃程度。
表2 主要国家最近三年发文量占其总发文量的比例
国家 发文时间 最近三年发文量占其总发文量的比例 1
美国 2000 - 2008 36% of 1250 2
中国 2000 - 2008 56% of 1124 3
日本 2000 - 2008 42% of 359 4
法国 2000 - 2008 31% of 353 5
澳大利亚 2000 - 2008
38% of 243 6
印度 2000 - 2008 48% of 237 7
英国 2000 - 2008 37% of 220 8
德国 2000 - 2008 34% of 216 9
加拿大 2000 - 2008 40% of 134 10 意大利 2000 - 2008 38% of 131 （3）国际重要机构论文数量的对比分析
在本次检索的QTL 定位和分子标记辅助育种研究论文中，论文数量位居前10位的机构（图8）依次是法国国家农业研究院44（INRA ）、中国南京农业大学、美国农业部农业研究局（USDA-ARS ）、中国农业科学院、中国华中农业大学、美国加州大学45、美国康乃尔大学、中国浙江大学、荷兰瓦哥宁根大学、中国农业大学，这些机构的论文数量占论文总量的21％。中国科学院的论文数量为37篇，与英国的John Innes Center 并列第16位。
0500100015002000250030003500400045005000INRA
Nanjing Agricultural University
USDA-ARS
Chinese Academy of Agricultural Sciences
Huazhong Agricultural University
University of California
Cornell University
Zhejiang University
Wageningen University
China Agricultural University
Other
图8 2000～2008年主要研究机构论文数量 44
其中包括法国国家农业研究院与其他机构以及与大学共建的联合研究机构发表的论文数量。
在这前10个机构中，中国的大学和研究机构共占据5个席位，美国的机构占据3个席位，法国和荷兰的机构各占1个席位。分析各机构最近三年的论文数量占其总论文数量的比例（表3），可以看出，中国的农业研究机构包括中国农业大学、南京农业大学、中国农科院、华中农业大学最近三年的发文量占其总发文量的比例均较高，在50%以上，尤其是中国农业大学，最近三年的发文量占其总发文量的比例高达79%，南京农业大学为64%，在前10个机构中位居前两位。这表明最近几年我国农业研究机构在QTL定位和分子标记辅助育种研究领域非常活跃，发展较快。
表3 主要研究机构最近三年发文量占其总发文量的比例
机构发文时间最近三年发文量占其总发文量的比例法国国家农业研究院（INRA）2000 - 2008 30% of 220
南京农业大学2001 - 2008 62% of 169
美国农业部农业研究局（USDA-ARS）2000 - 2008 41% of 133
中国农科院2000 - 2008 56% of 126
华中农业大学2000 - 2008 55% of 109
加利福尼亚大学2000 - 2008 39% of 90
康乃尔大学2000 - 2008 28% of 80
浙江大学2000 - 2008 32% of 76
瓦哥宁根大学2000 - 2008 50% of 66
中国农业大学2001 - 2008 79% of 62
中国科学院2000 - 2008 43% of 37
3.2.2 基于主题的分析
（1）研究主题分析
CABI数据库采用《CABI叙词表》标引文献，其主题词字段鲜明而直观地描述了文献论述或表达的主题。对QTL定位和分子标记辅助育种研究论文的主题词进行分析，可以从一个侧面揭示该领域的总体特征、发展趋势、研究热点和重点方向。在对QTL定位和分子标记辅助育种论文的主题词进行统计排序的基础上，得到了主题词之间的关联可视图46（图9）。
从研究内容上看，利用简单序列重复（Simple Sequence Repeat，SSR）、扩增片段长度多态性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）、限制性片段长度多态性（Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP），随机扩增多态DNA（Random Amplified Polymorphic DNA，RAPD DNA）等分子标记进行遗传连锁定位的研究较多，且相互之间有关联。此外，对病害抗性的研究也较多，且与小麦之间的研究关联程度较高。此外，对等位基因、上位性、表型变异、以及基因型-环境互作的研究也是当前QTL定位和分子标记辅助育种研究的重要内容。从性状上看，除了对病害抗性的研究较多外，对作物产量、株高、作物品质、害虫抗性、耐旱性等也进行了相关研究。从作物品种上看，研究最多的是水稻、其次分别是小麦和玉米。
46图中点代表研究主题，点的大小代表了主题文献量的多少。点与点之间的连线及其距离代表了相互之间的关联程
图9 研究主题的关联可视化图
微生物育种技术研究进展 摘要：生物育种是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法。微生物的育种技术已从常规的突变和筛选技术发展到基因诱变、基因重组和基因工程等，育种技术的不断成熟，大大提高了微生物的育种效果。但是有时候微生物育种也不是单一的一种方法，有的是需要多种方法综合使用。本文将各种微生物育种技术进行总结和细致分析。 关键词：微生物育种；诱变育种；基因重组育种；基因工程育种 1.常规育种 常规育种是以不经过人工处理，利用微生物自发突变为基础，从中筛选出具有优良性状菌株的一种育种方法一般情况下，由于DNA的半保留复制以及校正酶系的校正作用和光修复、切除修复、重组修复、诱导修复等作用，发生自然突变的几率特别低，一般为106～1010/BP，而且用于工业生产的菌株的性状往往由单一或少数基因控制，所以常规育种时间较长，工作量较大。，通过常规育种提高菌种生产能力、筛选高产菌株的效率较低，效果不明显。因此在生产实践中，常规育种的主要目的是用来纯化、复壮、稳定菌种。 2. 诱变育种 1927年MILLER发现X-射线能诱发果蝇基因突变之后人们发现其他一些因素 也能诱导基因突变，并逐渐弄清了一些诱变因素的机理，为微生物诱变育种提供了前提条件根据育种需要，有目的地使用诱变因素，可使菌株的基因发生突变以改良其生产性状.凡能诱发基因突变，并且突变频率远远超过自发突变的物理因子或化学物质被称为诱变剂。根据诱变剂的不同可以将诱变育种的方法分为：有物理因子诱变育种和化学因子诱变育种。，前者包括激光、X-射线、"r-射线、快中子等)后者主要是烷化剂（包括EMS、EI、NMU、DES、MNNG、NTG等），天然碱基类似物，亚硝酸和氯化锂在物理诱变因素中，紫外线比较有效、适用、安全，其他几种射线都是电离性质的，具有穿透力，使用时有一定的危险性,化学诱变剂的突变率通常要比电离辐射的高，并且十分经济，但这些物质大多是致癌剂，使用时必须十分谨慎.目前，多种诱变剂的诱变效果、作用时间、方法都已基本确定，人们可以有目的、有选择地使用各种诱变剂，以达到预期的育种效果. 2.1物理因子诱变 2.1.1 UV 所有传统的物理诱变手段中，使用得最为普遍的就是紫外线辐照，它是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。对于紫外线的的作用有很多解释，但研究最清楚的是它可引起DNA结构的变化，尤其是可使DNA分子形成胸腺嘧啶二聚体，即两个相邻的嘧啶共价连接，二聚体的出现会减弱氢键的作用，引起双键结构变形，就可能影响胸腺嘧啶(T)和腺嘌呤(A)的正常配对，破坏了腺嘌呤的正常掺人，复制就在这一点上突然停止或错误地进行。如果错误地进行复制，且在新形成的链上有一个改变了的碱基次序，则在随后的复制过程中，碱基次序已改变的DNA链照常进行复制，产生了一个在两条链上碱基次序都是错误的分子而引起突变归J。利用紫外诱变的方法可选育出大量产量高，活性强的菌种，由于其设备简单，诱变效率高，操作安全而被广泛应用。白兰芳等用紫外线单因子处理、光复活处理西罗莫司产生菌Streptomyces hygro—scopicus得到了一正变株UV-8-61，效价比出发菌株提高了2—3倍。近些年来紫外线作为一种基本的诱变因子，也常常和其他一些诱变因子联合作用于微生物而提高诱变效果。胡永兰等用UV和DES(硫酸二乙酯)复合处理梧宁霉素产生菌，得到一株较高的突变株，效价比出发菌株提
目前，对大多数作物的育种来说，育种家可供利用的亲本材料有几百甚至上千份，可供选择的杂交组合有上万甚至更多。由于试验规模的限制，一个育种项目所能配置的组合一般只有数百或上千，育种家每年花费大量的时间去选择究竟选用哪些亲本材料进行杂交；对配制的杂交组合，一般要产生2000个以上的 F2 分离后代群体，然后从中选择1％～2％的理想基因型，中选的 F2 个体在遗传上是杂合体，需要做进一步的自交和选择，每个中选的 F2 个体一般需产生100个左右的重组近交家系才能从中选择到存在比例低于1％的理想重组基因型。育种早期选择一般建立在目测基础上，由于环境对性状的影响，选择到优良基因型的可能性极低，统计表明，在配制的杂交组合中，一般只有1％左右的组合有希望选出符合生产需求的品种，考虑到上述分离群体的规模，最终育种效率一般不到百万分之一。因此常规育种存在很大的盲目性和不可预测性，育种工作很大程度上依赖于经验和机遇。 生物个体的表型是基因型和环境共同作用的结果，植物育种的主要任务是寻找控制目标性状的基因，研究这些基因在不同目标环境群体下的表达形式，聚合存在于不同材料中的有利基因，从而为农业生产提供适宜的品种。生物数据可以来自生物的不同水平，如群体水平、个体水平、孟德尔基因水平和 DNA 分子水平等，各类生物数据为作物育种提供了大量的信息。尤其随着分子生物学和基因组学的飞速发展，生物信息数据库积累的数据量极其庞大，但由于缺乏必要的数据整合技术，可资育种工作者利用的信息却非常有限，作物重要农艺性状基因( quantitative trait locus，QTL )的定位结果也难以用于指导作物育种实践。作物分子设计育种将在庞大的生物信息和育种家的需求之间搭起一座桥梁，在育种家的田间试验之前，对育种程序中的各种因素进行模拟筛选和优化，提出最佳的亲本选配和后代选择策略，从而大幅度提高育种效率。 1 作物分子设计育种相关基础研究现状及发展趋势
室内设计未来发展趋势 设计（ＤＥＳＩＧＮ）是连接精神文明与物质文明的桥梁，人类寄希望于通过"设计"来改造世界，改善环境，提高人类生存的生活质量。据有关专家介绍，现代室内设计可以大到归纳为七个新趋势： １、回归自然化：随着环境保护意识的增长，人们向往自然，喝天然饮料，用自然材料，渴望住在天然绿色环境中。北欧的斯堪的纳维亚设计的流派由此兴起，对世界各国影响很大，在住宅中创造田园的舒适气氛，强调自然的色彩和天然材料的应用，采用许多民间艺术手法和风格。在此基础上设计师们不断在"回归自然" 上下功夫，创造新的肌理效果，运用具象的和抽象的设计手法来使人们联想自然，感受大自然的温馨，身心舒逸。 ２、整体艺术化：随着社会物质财富的丰富，人们要求从"物的堆积"中解放出来，就各种物件之间存在统一整体之美。正如法国启蒙思想家狄德罗所说："美与关系俱生、俱长、俱灭。"室内环境设计是整体艺术，它应是空间、形体、色彩以及虚实关系的把握，意境创造的把握以及与周围环境的关系协调，许多成功的室内设计实例都是艺术上强调整体统一的作品。 ３、高度现代化：随着科学技术的发展，在室内设计中采用一切现代科技手段，使设计达到最佳声光、色形的匹配效果，实现高速度、高效率、高功能，创造出理想的值得人们赞叹的空间环境来。 ４、高度民族化：只强调高度现代化，人们虽然提高了生活质量，却又感到失去了传统、失去了过去。因此，室内设计的发展趋势就是既讲现代，又讲传统。日本许多新的环境设计人员致力于高度现代化与高度民族化相结合的设计体现。去年落成的东京雅叙园饭店及办公大楼的室内设计，传统风格浓重而又新颖，设备、材质、工艺高度现代化，室内空间处理及装饰细部引人入胜，使大家印象深刻备受启发。日本各地的大、小餐厅、茶室及商店室内设计，均注意风格特色的体现。特别是日式餐厅从建筑、室内装饰到食器均进行了配套设计。人们即使在很小的餐馆用餐，也同样感受到设计者的精心安排。因此，处处环境美，处处有设计给每一个顾客、游客留下了深刻的印象。 ５、个性化：大工业化生产给社会留下了千篇一律的同一化问题。相同楼房，相同房间，相同的室内设备。为了打破同一化，人们追求个性化。一种设计手法是把自然引进室内，室内外通透或连成一片。另一种设计手法是打破水泥方盒子、斜面、斜线或曲线装饰，以此来打破水平垂直线求得变化。还可以利用色彩、图画、图案以及玻璃镜面的反射来扩展空间等等，打破千人一面的冷漠感，通过精心设计，给每个家庭居室以个性化的特征。 ６、服务方便化：城市人口集中，为了高效、方便，国外十分重视发展现代服务措施。日本采用高科技成果发展城乡自动服务措施，自动售货设备越来越多，交通系统中电脑问询、解答，向导系统的使用，自动售票、检票、自动开启，关闭进出口站口通道等设施，给人们带来高效率和方便，从而使室内设计更强调人个主体，以让消费者满意、方便为目的。 ７、高技术高情感化：最近，国际上工业先进国家的室内设计正在向高技术，高情感方向发展，这就是第七个趋势。高技术与高情感相结合，既重视科技，又强调人情味。在艺术 风格上追求频繁变化，新手法、新理论层出不穷，呈现五彩缤纷，不断探索创新的局面。
集成电路的现状与发展趋势 1、国内外技术现状及发展趋势 目前，以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。1999年全球集成电路的销售额为1250亿美元，而以集成电路为核心的电子信息产业的世界贸易总额约占世界GNP的3%，现代经济发展的数据表明，每l~2元的集成电路产值，带动了10元左右电子工业产值的形成，进而带动了100元GDP的增长。目前，发达国家国民经济总产值增长部分的65%与集成电路相关；美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山（2001年为43.6%）。预计未来10年内，世界集成电路销售额将以年平均15%的速度增长，2010年将达到6000~8000亿美元。作为当今世界经济竞争的焦点，拥有自主版权的集成电路已曰益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障。 集成电路的集成度和产品性能每18个月增加一倍。据专家预测，今后20年左右，集成电路技术及其产品仍将遵循这一规律发展。集成电路最重要的生产过程包括：开发EDA（电子设计自动化）工具，利用EDA进行集成电路设计，根据设计结果在硅圆片上加工芯片（主要流程为薄膜制造、曝光和刻蚀），对加工完毕的芯片进行测试，为芯片进行封装，最后经应用开发将其装备到整机系统上与最终消费者见面。 20世纪80年代中期我国集成电路的加工水平为5微米，其后，经历了3、1、0.8、0.5、0.35微米的发展，目前达到了0.18 微米的水平，而当前国际水平为0.09微米（90纳米），我国与之相差约为2-3代。 （1）设计工具与设计方法。随着集成电路复杂程度的不断提高，单个芯片容纳器件的数量急剧增加，其设计工具也由最初的手工绘制转为计算机辅助设计（CAD），相应的设计工具根据市场需求迅速发展，出现了专门的EDA工具供应商。目前，EDA主要市场份额为美国的Cadence、Synopsys和Mentor等少数企业所垄断。中国华大集成电路设计中心是国内唯一一家EDA开发和产品供应商。 由于整机系统不断向轻、薄、小的方向发展，集成电路结构也由简单功能转向具备更多和更为复杂的功能，如彩电由5片机到3片机直到现在的单片机，手机用集成电路也经历了由多片到单片的变化。目前，SoC作为系统级集成电路，能在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O等功能，将数字电路、存储器、MPU、MCU、DSP等集成在一块芯片上实现一个完整系统的功能。它的制造主要涉及深亚微米技术，特殊电路的工艺兼容技术，设计方法的研究，嵌入式IP核设计技术，测试策略和可测性技术，软硬件协同设计技术和安全保密技术。SoC以IP复用为基础，把已有优化的子系统甚至系统级模块纳入到新的系统设计之中，实现了集成电路设计能力的第4次飞跃。
UI设计行业的未来发展趋势 随着互联网+的推出，新兴的UI行业发展朝气蓬勃，人才需求量大，薪资高，近几年，UI 设计师成为各个行业领域非常抢手的职位，UI设计的发展趋势已经势不可挡! 在中国，UI设计还是一个需要不断成长的设计领域，但Adinnet UI，LKK UED，LKK UI Design，eicodesign，Brandseer UI，Tigocn，,Rigo design、lanlanwork、Face UI等国内知名设计机构已经进入了探索UI设计的道路，其中，作为UI设计领域的先行者，像LKK UED等专业团队已经将UI设计重心偏向于用户体验设计，将用户的整个使用过程进行研究与设计，以用户体验研究结果来引导整个UI项目总体方向，在确保UI设计品质的同时，在产品可用性及用户亲和力等方面获得极大的提高，真正完善了UI设计核心价值。近几年来说，UI设计绝对是设计行业中的瞩目之星，无论在PC端、移动端还是游戏上都是大放异彩。纸媒的日落西山也使得大量平面设计师开始向UI设计师转型，学设计的艺术生们也是纷纷将未来的发展方向定位在UI设计上。 中国的UI设计还在爬坡阶段，虽不及几年前来的蓬勃，但也不逞多让。在我看来，最大的原因就是电商和移动端的强势发展。所以选择UI设计确实是不错的一个选择。 作为国内领先UI设计培训机构，开课吧莱茵设计学院，有着强大的师资实力，完善的教学体系，优质的就业服务，积累了丰富的项目经验与教学经验，能够让莘莘学子们在UI领域里大有作为。 开课吧莱茵设计学院，是国内最早的UI设计培训机构之一，全部采用多年项目实战型讲师授课，与企业需求面对面接轨。专业的移动互联网课程，阶段讲师精英授课，专业课程设置
浅述未来设计发展的趋势 作为一个设计师，不但是产品设计风格缔造者，更是品味的定位者。产品的形象对环境也会带来一些影响，主要体现在产品寿命期限和材料方面。由于人们以往的生活方式造成大量的产品品种的过时，以及产品频繁更换的速度对环境保护产生了不好的影响，如果能延长产品寿命期限，就可以减少对资源无谓的浪费。研究表明，在促成现有产品过时方面，消费者的心理因素和材质具有重要的作用。在物质经济相对繁荣的今天，往往消费者的好恶直接决定着一些产品的“寿命”。db_mkef 从某些角度看，绿色设计不能被看作是一种风格的表现。成功的绿色设计的产品来自于设计师对环境问题的高度意识，并在设计和开发过程中运用设计师和相关组织的经验、知识和创造性结晶。目前大致有以下几种设计主题和发展趋势： 1)使用天然的材料，以“未经加工的”形式在家具产品、建筑材料和织物中得到体现和运用。 2)怀旧的简洁的风格，精心融入“高科技”的因素，使用户感到产品是可亲的、温暖的。 3)实用且节能。 4)强调使用材料的经济性，摒弃无用的功能和纯装饰的样式，创造形象生动的造型，回归经典的简洁。 5)多种用途的设计，通过变化可以增加乐趣的设计，避免因厌烦而替换的需求；它能够升级、更新，通过尽可能少地使用其它材料来延长寿命；使用“附加智能”或可拆卸组件。 6)产品与服务的非物质化。 7)组合设计和循环设计。
我们并不可以简单地认为采用明显的可回收材料的产品就一定是“绿色产品”，因为产品可回收性有可能成为加快产品废弃速度的借口，人们对可回收材料的外观的认可程度也可能会对产品的销售产生影响。当绿色设计渐渐融入主流产品的设计时，设计师所面对的不只是少数的“绿色狂热分子”，而是普通消费者。如果设计仅注重功能性，而忽视用户的审美需求，则无法延长产品寿命。 因此，设计师在提倡绿色设计的时候，更应该引导消费者的消费理念，成为主流的趋势之后，绿色的工业设计才有市场。
建筑设计行业现状以及未来发展前景趋势分析 目录 CONTENTS 第二篇:2014年1月-2015年1月建筑设计服务活动指数---------------------------------------------- 2 第三篇:未来我国建筑设计行业发展方向分析-------------------------------------------------------------- 2 1、节约资源 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 2、节能能源 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 3、回归自然 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 第四篇:我国建筑设计市场市场规模庞大创新能力欠缺 ------------------------------------------------ 3 第五篇:2014年建筑设计行业分析与前景-------------------------------------------------------------------- 4 第六篇:建筑设计行业创新多元化发展趋势 ----------------------------------------------------------------- 5 第七篇:中国建筑设计行业市场前瞻与投资规划分析报告 --------------------------------------------- 6 本文所有数据出自于《2015-2020年中国建筑设计行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。第一篇:2012年1月-2015年1月日本季调后建筑设计服务活动指数
团队创新助力中国农业科研 --水稻优质、抗逆分子设计育种创新团队 团队首席科学家黎志康（左三） 2003年8月，作为中国农业科学院国外引进人才，黎志康带领他实验室的团队一起回国，成为近年来中国农科院团队整体引进回国的杰出代表。5年来，以黎志康博士为首席科学家，万建民、王健康、赵开军、徐建龙等农科院一、二级人才为骨干队伍的“水稻抗逆、优质分子设计育种创新团队”，集中优势研究力量和科技资源，充分发挥多学科综合交叉优势，围绕国家重大需求，以近年来国内外倍受关注的“分子育种理论与技术”为生长点和切入点，重点攻克抗逆、优质分子育种理论与技术体系，对水稻抗逆、优质等复杂性状进行深层次基因挖掘和种质创新，分离重要功能基因和进行品种分子设计，取得一系列突破性进展。 团队还充分发挥骨干成员在知识结构上的互补性，以及研究方向相对集中的特点，开展水稻抗逆复杂性状的遗传网络解析和植物分子育种新方法等研究。提出的种质资源大规模回交导入结合DNA分子标记技术高效发掘优异隐蔽基因的分子育种策略，已成为国内外种质资源有利基因挖掘和育种利用的主导方法，居国际领先水平。 该团队依托于农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程，拥有分子育种和分子设计的高效平台及全国水稻分子育种协作网；目前主持国家973、863、农业部948、转基因专项、支撑计划、行业科技及盖茨基金、国际挑战计划等国内外重大项目32项，年均合同经费达5034万元。在北京昌平和海南南滨建有规模化试验场，为本团队研究工作顺利的开展提供全方位的保障。 团队力争在3～5年内在多方面取得重要进展，创建水稻抗逆、优质的分子育种理论与技术体系，研制选择导入系QTL和品种分子设计的计算机软件，克隆优质、抗逆基因，通过分子设计培育高产、优质、抗逆新品种，大力促进我国水稻分子育种的发展和进一步提升我国在这一领域的国际竞争优势，将团队建设成为一支在国内外有影响的一流团队。 “宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”。水稻抗逆、优质分子设计育种创新团队将继续发扬“严谨、勤奋、开放、创新”的团队精神，在复杂数量性状遗传机理剖析及分子设计改良上勇于创新，从而在育种实践中向“知其然，又知其所以然”的方向迈出重要的一步。
现代设计色彩的发展与未来发展趋势 中国现代色彩设计的发展历程，自20世纪初期至今的几近一百时间内，从理论建构到教学实践，概括起来大约经历了三个发展阶段:一是色彩设计的启蒙期;二是色彩设计的发展期;三是色彩设计的繁荣期。 中国设计色彩的启蒙期是中国色彩设计发展进程中历史最为漫长的一个阶段。到上个世纪80年代为止，其大约历经了半个多世纪的演变过程。这个时期的色彩设计内容主要为《装饰色彩》或《图案色彩》等。在学术著作实践当中，从写生色彩客观对象或从传统色彩中获取色彩创作素材和灵感。在特定的历史阶段，《装饰色彩》对于培养色彩应用者认识色彩、应用色彩的确发挥了不可替代的作用。其中，某些思想观念及应用方法至今应具有一定的实践指导意义。 进入21世纪后，国内各个艺术高校在继续保持自身色彩发展的主体地位同时，也做出许多“跨越式”发展的举措。其中，一个重要举措就是突破了将色彩艺术设计仅仅停留在以往设计艺术基础课程，同时，解构与模糊了传统意义上的专业划分模式，而是以全新的思维方式及市场需求对色彩给予专业界定。 任何形式的艺术、艺术设计作品如想达到高超的水准，都需要它们的作者具备良好的基础，这也是设计色彩发展这
一概念作用于艺术创作、艺术设计的普遍意义。但如果将这一普遍意义无限地作用于各种不同的领域和时期，那就大为不妥了。时代在改变，设计色彩的概念本身也在变，那些靠身体力行和技能支撑的设计色彩形式已经或正在逐渐被那些倚靠观念创意和新材料建立起来新的艺术形式所取代。过去的基础不能服务于今天的创作和设计，今天的艺术和设计需要新的基础来适应。 目前在我们国家各美术及设计院校所采用的设计色彩方式大多都是前苏联美术教育体系与法国印象主义光色理论相结合的综合体。在一定的历史时期内，这套体系的确起到了相当有益的作用。它建立了西方艺术形式在中国的位置，打破了中国传统设计色彩一成不变的模式，使中国的古老文化得以发展。但这毕竟是一种源干过去时代的“旧基础”模式，尽管它是前人在艺术实践中总结的经验，尽管它也曾哺育出很多的杰出人物，但任何设计色彩如果被作为“经验”固定下来，并以一种“科学”的方式传授给后人，那么这种方式本身就是旧的方式，就应该结束。过去我国几十年的设计色彩发展史已经证明:陈旧落后的设计色彩已越来越难以胜任当今社会艺术、设计形式发展的需要。今天的艺术、艺术设计院校已不再是传统技能的传授之地，而是新思想、新观念的诞生交流场所。所有的基础训练课程都应以如何摆脱旧的基础训练模式和如何来引导启发学生创造性思维为中
光刻技术及其应用的状况和未来发展 光刻技术及其应用的状况和未来发展1 引言 光刻技术作为半导体及其相关产业发展和进步的关键技术之一，一方面在过去的几十年中发挥了重大作用；另一方面，随着光刻技术在应用中技术问题的增多、用户对应用本身需求的提高和光刻技术进步滞后于其他技术的进步凸显等等，寻找解决技术障碍的新方案、寻找COO更加低的技术和找到下一俩代可行的技术路径，去支持产业的进步也显得非常紧迫，备受人们的关注。就像ITRS对未来技术路径的修订一样，上世纪基本上3～5年修正一次，而进入本世纪后，基本上每年都有修正和新的版本出现，这充分说明了光刻技术的重要性和对产业进步的影响。如图1所示，是基于2005年ITRS对未来几种可能光刻技术方案的预测。也正是基于这一点，新一轮技术和市场的竞争正在如火如荼的展开，大量的研发和开发资金投入到了这场竞赛中。因此，正确把握光刻技术发展的主流十分重要，不仅可以节省时间和金钱，同时可以缩短和用户使用之间的周期、缩短开发投入的回报时间，因为光刻技术开发的投入比较庞大。 2 光刻技术的纷争及其应用状况 众说周知，电子产业发展的主流和不可阻挡的趋势是"轻、薄、短、小"，这给光刻技术提出的技术方向是不断提高其分辨率，即提高可以完成转印图形或者加工图形的最小间距或者宽度，以满足产业发展的需求；另一方面，光刻工艺在整个工艺过程中的多次性使得光刻技术的稳定性、可靠性和工艺成品率对产品的质量、良率和成本有着重要的影响，这也要求光刻技术在满足技术需求的前提下，具有较低的COO和COC。因此，光刻技术的纷争主要是厂家可以提供给用户什么样分辨率和产能的设备及其相关的技术。 以Photons为光源的光刻技术 2.1 以Photons为光源的光刻技术 在光刻技术的研究和开发中，以光子为基础的光刻技术种类很多，但产业化前景较好的主要是紫外(UV)光刻技术、深紫外(DUV)光刻技术、极紫外(EUV)光刻技术和X射线(X-ray)光刻技术。不但取得了很大成就，而且是目前产业中使用最多的技术，特别是前两种技术，在半导体工业的进步中，起到了重要作用。 紫外光刻技术是以高压和超高压汞(Hg)或者汞-氙(Hg-Xe)弧灯在近紫外(350～450nm)的3条光强很强的光谱(g、h、i线)线，特别是波长为365nm的i线为光源，配合使用像离轴照明技术(OAI)、移相掩模技术(PSM)、光学接近矫正技术(OPC)等等，可为0.35～0.25μm的大生产提供成熟的技术支持和设备保障，在目前任何一家FAB中，此类设备和技术会占整个光刻技术至少50％的份额；同时，还覆盖了低端和特殊领域对光刻技术的要求。光学系统的结构方面，有全反射式(Catoptrics)投影光学系统、折反射式(Catadioptrics)系统和折射式(Dioptrics)系统等，如图2所示。主要供应商是众所周知的ASML、NIKON、CANON、ULTRATECH 和SUSS MICROTECH等等。系统的类型方面，ASML以提供前工程的l:4步进扫描系统为主，分辨率覆盖0.5～0.25μm：NIKON以提供前工程的1：5步进重复系统和LCD的1：1步进重复系统为主，分辨率覆盖0.8～0.35μm和2～0.8μm；CANON以提供前工程的1：4步进重复系统和LCD的1：1步进重复系统为主，分辨率也覆盖0.8～0.35μm和1～0.8μm；ULTRATECH以提供低端前工程的1：5步进重复系统和特殊用途(先进封装／MEMS／，薄膜磁头等等)的1：1步进重复系统为主；而SUSS MICTOTECH以提供低端前工程的l：1接触／接近式系统和特殊用途(先进封装／MEMS／HDI等等)的1：1接触／接近式系为主。另外，在这个领域的系统供应商还有USHlO、TAMARACK和EV Group等。 深紫外技术
室设计行业发展趋势 随着社会的发展专业的进一步完善这种情况会逐渐改善，也就会出现以下几种趋势： 1、室设计需回归自然化：随着环境保护意识的增长，人们向往自然，喝天然饮料，用自然材料，渴望住在天然绿色环境中。高度民族化，只强调高度现代化，人们虽然提高了生活质量，却又感到失去了传统、失去了过去。因此，现代室设计的发展趋势就是即讲现代化，又讲传统。 2、室设计需整体艺术化：随着社会物质财富的丰富，人们要求从“屋的堆积”中解放出来，求各种物件之间存在统一整体之美。室设计需高度现代化：随着科学技术的发展，室设计师要学会采用一切现代科技手段，使室设计达到最佳声、光、色、形的匹配效果，实现高速度、高效率、高功能、创造出理想的值得人们赞叹的空间环境来。 3、室设计要高技术、高情理化：国际上工业先进国家的室设计正在向高技术、高情感化方向发展。所以室设计师需既重视科技，又强调人情味，这样才能达到高技术与高情感相结合。 4、室设计讲求个性化：大工业化生产给社会留下了干篇一律的同一化问题。为了打破同一化，人们追求个性化。服务方便化：城市人口集中，为了高效、方便，国外十分重视发展现代服务设施。室设计师在设计的过程当中要更强调“人”这个主体，以让消费者满意、方便为目的。新型材料广泛应用：随着新型建筑材料、室装饰材料的快速发展，未来的家居将变得妙不可言。空间格局自由划分。随着人们生活水平的提高，住房的面积会呈大型化，原有小空间住房将逐步得到改造和重新装修。酒店室设计 一、概要 设计概要是由酒店依据每个项目的客房数，餐饮种类，会议空间与其他酒店的规划要求所设定的。 二、设计标准 设施概要与后续的设施规划表形成酒店设计的基础与控制适用的设计标准。设计概要与设施计划表两者一起与特定的适用设计标准结合，成为酒店设计的指导。此外政府法令，建筑法规与规定，以及基地现况与当地环境的因素都将影响酒店设计。 三、酒店室设计要素
玉米分子育种研究现状 王玲琼 （河西学院农业与生物技术学院，甘肃张掖 734000） 摘要：随着分子遗传学的发展和实验能力的提高，分子标记随之出现并且发展迅速，尤其是在玉米遗传育种上的应用。本文通过阅读大量的文献，介绍了分子标记育种在玉米遗传图谱的构建及基因定位、杂种优势群划分、优良品种的获得等方面的应用。 关键词：SSR AFLP 分子标记玉米育种 1.序言 在学习《植物分子育种技术》的课程中，认识到了分子标记在玉米育种中的重要性，但具体内容仍不了解，所以通过查阅文献增进对分子标记的了解，并将了解的内容进一步整理，写了这篇读书报告。分子标记直接表现在DNA水平上，是一种在分子遗传学快速发展而产生的技术。玉米是重要的粮食与饲料作物, 是世界三大作物之一。但是由于对玉米中许多性状的遗传机制缺乏了解, 从而限制了玉米产量的提高与品质的改善, 阻碍了玉米育种工作的进程。建立在分子遗传学基础上的分子标记技术的迅速发展,促进了作物育种研究各个领域的发展。 2.分子标记概述 分子标记是继形态标记、细胞标记和生化标记之后发展起来的一种新的较为理想的遗传标记形式。随着分子生物学的快速发展，分子标记也同样得到非常迅速发展。根据分子标记所依赖的的生物技术的不同，分子标记经历了三代的变化。1974，Graz- dicker 等人在鉴定温度敏感表形的腺病毒DNA突变体时，利用经限制性内切酶酶解后得到的DNA片断的差异，首创了DNA分子标记，即第一代分子标记——限制性片断长度多态性标记（restrictionfragment lengthpolymorphism，RFLP）。第一代分子标记主要是以分子杂交技术为基础的分子标记，1982 年Hamade发现第2 代DNA 分子标记——简单序列重复标记（Simplesequence repeat，SSR）。第2代分子标记是以聚合酶链式反应（PCR）为基础建立。1990年Williams和welsh 等人发明了随机扩增多态性DNA标记（randomly amplified polymorphic DNA，RAPD）和任意引物PCR（arbitrary primer PCR，AP-PCR）。1991 年Adams 等建立了表达序列标签（expressed sequen- cetag，EST）标记技术。1993 年Zabeau 和Vos 合作发明了扩展片断长度多态性标记（Amplified fragment lengthpolymorphism，AFLP）。1994 年Ziekiewicz 等发明了简单重复间序列标记（inter-simple sequence repeat，ISSR）。1998 年在人类基因组计划的实施过程中，第3代分子标记——单核苷酸多态性（single nucleotidep-
未来产品设计发展趋势 引言 工业设计作为推动国家经济发展的重要手段，正处于发展的高峰期，而未来是怎样发展的，就需要我们去探讨。我们正在进入一个信息复杂度远超以往的时代，我们所面对的是一个物质和信息都极大丰富的世界，从产品竞争的角度上来说，越来越激烈的对抗和冲击是必然的，许多产品已经从单纯的“谈配置”过渡到了“谈感情”的阶段，情感化设计已经在不同的设计领域中崭露头角，甚至成为了最核心的组成部分。 1情感化设计 1.1情感化设计的概述 情感化设计是指旨在抓住用户注意、诱发情绪反应（有意识的或无意识的）以提高执行特定行为的可能性的设计。情绪反应可以是有意识的或无意识的。例如，通过影响唤醒水平（即生理刺激），一个有着明亮色彩的按钮能够无意识地抓住用户的注意。而随后的行为可以是任何动作，比如点击按钮、注册内部通讯、或进行网上购买。日本设计大师深泽直人设计了拉线式CD，通过仔细的观察人们无意识的一些动作，然后通过设计来表现这个无意识的动作，让人们能够很自然的使用，他强调设计是为了满足人们的生活需求，方便人们的生活方式，而不是强行改变，使之强行复杂化，加重使用者适应负担，好的设计师必须以人为本，注重人的生活细节，方便人的生活习惯。本文内容主要通过情感化设计让用户拥有更好的生活体验。在当今快
节奏的生活方式下，人们的生活重复且压抑，通过对人们之间的互动交流分析，找到人与产品之间的互动关系，这不仅有利于更好的用户体验，而且能缓解家庭关系与压力。加强人机互动联系，充分体现现代设计“以人为本”的设计理念，一切以用户的需求为出发点，改变枯燥的生活体验，让生活变成一种快乐的事。 1.2情感化设计的意义 现代生活让许多年轻人喘不过气，来自家庭、社会等压力让人们不得不适应快节奏下的都市生活，怎样去提高效率，节省用户的时间就显得尤为重要，现在的设计也是这样去发展的，例如：电饭煲的发展由原来的仅仅满足煮饭要求变成了现在更加人性化的要求，采用全面加热技术，强热循环对流，煮出柴火饭的味道，让用户体验小时候妈妈做的饭的味道，给人一种亲情关怀，另外还有人工智能模糊逻辑电路，设有快煮、粥、菜饭、糯米饭、糙米饭等多种烹饪功能，自动调节，寻找记忆的味道，虎牌电饭煲还2组预约功能，预约时间长达24小时，清早起床、下班回家就能吃上喷香的米饭。在网上可以明显的看到智能电饭煲的销量是传统电饭煲的十倍之多，即便价格比传统电饭煲贵许多。未来的设计也必定是以用户为中心的设计，脱离人的目的而产生的产品必定没有适合的产品语境，情感化设计也必将会提高产品销量，让用户感受到社会对他们的关怀，使家庭更加和睦，朋友之间更加团结。 1.3情感的分类及产生 （1）从情绪的内容来分--基本情绪和复合情绪。（2）从情绪的状
2020年工程设计行业现状及前景趋势 2020年
目录 1.工程设计行业现状 (4) 1.1工程设计行业定义及产业链分析 (4) 1.2工程设计市场规模分析 (5) 1.3工程设计市场运营情况分析 (6) 2.工程设计行业存在的问题 (9) 2.1行业服务无序化 (9) 2.2供应链整合度低 (9) 2.3基础工作薄弱 (9) 2.4产业结构调整进展缓慢 (9) 2.5供给不足，产业化程度较低 (10) 3.工程设计行业前景趋势 (11) 3.1机构间竞合关系成主流 (11) 3.2构建产品思维，重视资源整合 (11) 3.3聚焦建筑产业化，推动设计企业转型 (12) 3.4深挖客户需求，推动原有业务升级改造 (12) 3.5寻求产业化发展，利用设计带动产业投资 (13) 3.6能力向其他领域延伸拓展 (13) 3.7用户体验提升成为趋势 (14) 3.8延伸产业链 (14) 3.9生态化建设进一步开放 (14)
3.10呈现集群化分布 (15) 3.11工程设计产业与互联网等产业融合发展机遇 (16) 4.工程设计行业政策环境分析 (17) 4.1工程设计行业政策环境分析 (17) 4.2工程设计行业经济环境分析 (17) 4.3工程设计行业社会环境分析 (18) 4.4工程设计行业技术环境分析 (18) 5.工程设计行业竞争分析 (20) 5.1工程设计行业竞争分析 (20) 5.1.1对上游议价能力分析 (20) 5.1.2对下游议价能力分析 (21) 5.1.3潜在进入者分析 (21) 5.1.4替代品或替代服务分析 (22) 5.2中国工程设计行业品牌竞争格局分析 (22) 5.3中国工程设计行业竞争强度分析 (22) 6.工程设计产业投资分析 (23) 6.1中国工程设计技术投资趋势分析 (23) 6.2中国工程设计行业投资风险 (23) 6.3中国工程设计行业投资收益 (24)
分子标记在番茄抗性育种中研究进展 摘要：本文综述了近年来RFLP RAPD SSA AFLP CAPS和SNP分子标记技术在番茄抗性育种上的应用，分析了目前的研究进展，对今后研究的重点进行了讨论。 关键词：分子标记；番茄；抗性；进展。 Molecular marker in tomato resistance breeding research progress in Abstract: This paper reviewed recent RFLP RAPD SSA AFLP CAPS and SNP in the application of tomato resistance breeding, analysis of the current research progress, the focus of the future research are discussed. Key words: Molecular markers; tomato; resistance; progress. 番茄既是蔬菜也是水果, 其中含有丰富的维生素C对心血管有良好的保护作用；番茄红素具有良好的抗氧化作用,能清除体内废物,增加免疫力。它也是营养师大力提倡的减肥食品。它早已成为人们日常生活中的不可缺少的食物。 随着遗传学的发展,遗传标记的种类和数量也在不断增加。形态标记、细胞学标记、生化标记都是以基因表达的结果(表现型)为基础,是对基因的间接反映;而DNA分子标记则是DNA水平遗传变异的直接反映。与表型标记相比,DNA分子标记具有能对各发育时期的个体、组织、器官甚至细胞作检测,既不受环境的影响,也不受基因表达与否的限制;数量丰富;遗传稳定;对生物体的影响表现“中性”以及操作简便等特点。分子标记的所有这些特性,奠定了它具有广泛应用性的基础。本文在介绍一些常用的DNA分子标记技术基础上,综述分子标记应用于番茄遗传育种研究的新进展,并就我国今后番茄分子育种主要研究方向进行讨论。 分子标记的介绍 分子标记的概念:广义的分子标记是指可遗传的并可检测的DNA序列或蛋白质。狭义分子标记是指能反映生物个体或种群间基因组中某种差异的特异性DNA片段。 在番茄遗传育种研究工作中使用的DNA分子标记主要涉及基于Southern杂交的限制性片段长度多态性标记( RFLP)、基于PCR技术的DNA扩增方法的随机扩增多态性DNA标记( RAPD),简单重复序列标记(SSR)、以及基于PCR与酶切相结合的扩增片段长度多态性标记(AFLP)、切割扩增的多态性序列标记(CAPS)和单核苷酸多态性(SNP) 等。 2.分子标记基本原理 RFLP(限制性片段长度多态性, restriction fragment length polymorphism,简称RFLP)基本原理是:植物基因组DNA经限制性内切酶酶切后,通过电泳将大小不同的酶切片段按照各自的长度分离,通过Southern吸印与标记的探针杂交,放射自显影检测酶切片段的多态性,此方法稳定可靠。 RAPD(随机扩增的DNA多态性，random amplified polymorphic DNA,简称RAPD)是以基因组总DNA为模板,利用随机引物对模板进行PCR扩增得到多态性DNA片段,然后通过电泳检测片段的多态性,以此来诊断生物体内在基因排布与外在性状表现规律的技术。它基于PCR,无需预先知道DNA序列信息。 简单重复序列(simple sequence repeats,简称SSR)又叫微卫DNA( microsatellite DNA)。所谓微卫星是由2~ 6bp的重复单位串联而成,一个微卫星长度一般小于100bp,不同品种或个体核心序列的重复次数不同,但重复序列两端序列多是保守的单拷贝序列,通过PCR扩增其间的核心微卫星DNA序列,利用电泳分析不同基因型个体在每个SSR位点上的多态性。 AFLP (扩增片段长度多态性，amplified fragments length polymorphism,简称AFLP)原理是把限制性酶切片段通过PCR反应进行扩增,再把扩增好的酶切片段通过聚丙烯酰胺凝胶等高分辨率的分析胶电泳,最后检出片段的多态性。
一、作物分子育种 作物育种基本任务：1.在研究和掌握作物形状遗传变异规律的基础上，发掘研究和利用作物种植资源；2.选育优良品种或杂种以及新作物；3.繁殖生产用种。 作物分子育种：即在经典遗传学和分子生物学等理论指导下，将现代生物技术手段整合于传统育种方法中，实现表现型和基因型选择的有机结合，培育优良新品种。 分子标记育种：又称为分子标记辅助选择，是利用与目标基因紧密连锁的分子标记，在杂交后代中准确鉴别不同个体基因型，从而进行辅助选择育种。特点：能有效结合基因型与表现型鉴定，显著提高选择的准确性。转基因育种：利用基因重组DNA技术，将功能明确的基因通过遗传转化手段导入受体品种的基因组，并使其表达期望形状的育种方法。特点：能打破基因不同物种交流障碍，克服传统育种的困难问题。 分子设计育种（刚起步）：目的——通过各种技术的集成与整合，在育种家的田间试验之前，对育种程序中的各种因素进行模拟、筛选和优化，确立目标基因型，提出最佳亲本选配和后代选择策略，提高育种试验可见性。我国作物分子育种中存在的问题：1.基因资源挖掘力度有待加强；2.实用分子标记和具重要育种价值的基因十分贫乏；3.作物分子育种技术尚待突破；4.通过分子育种培育的突破性品种不多，产业化程度不高；5.作物分子育种的组织体系和实施机制需要创新。 作物分子育种意义：1.发展作物分子育种是保障国家安全的重大需求；2.全面实现作物分子育种相关技术突破；3.加速作物分子育种研发和产业化。 常规育种和分子育种比较：1.常规育种表现型选择时，会受时空因素影响，而分子育种不会；2.常规育种来源广，育种亲本贫乏；分子育种基因来源广，基因资源丰富。3.常规育种基因局限于种内，少数局限于亚种间；分子育种基因交流不受物种限制。4.常规育种目标性状有不明确性；分子育种目的基因功能已知，目标性状明确。5.最明显特征：常规育种选择时间长；分子育种选择时间短，可调控基因及其产物的功能、表达。 分子育种与传统育种关系：分是传的延伸和发展，二者是互补、嫁接、结合的关系，常规育种与分子育种形成了现代作物育种。 二、作物分子标记育种 遗传标记：指可追踪染色体，染色体某一节段，某个基因座在家系中传递的任何一种遗传特性。两个特点：可遗传性、可识别性。 在植物遗传育种研究中可被应用的遗传标记应具备以下四个条件：1.多态性高；2.最好表现为共显性，能够鉴别出纯合基因型和杂合基因型；3.对主要农艺性状影响小；4.经济方便，容易观察记载。 植物中常用的遗传标记： 形态学标记：即植物的外部形态特征，主要包括肉眼可见的外部特征，如：矮秆、紫鞘、卷叶等；也包括色素、生理特性、生殖特性、抗病虫性等有关的一些特性。 细胞学标记：即植物细胞染色体的变异：包括染色体核型（染色体数目、结构、随体有无、着丝粒位置等）和带型（C带、N带、G带等）的变化。生化标记：利用电泳技术对蛋白质、酶等生物大分子进行鉴定。主要包括同工酶和等位酶标记。 分子标记 分子标记的类型：RFLP、RAPD、AFLP、SSR 分子标记：在生物系统和进化研究中，每个能反应遗传变异的，能提供系统学信息的多态位点称为一个分子标记，在遗传育种研究中每个与感兴趣的性状或目的基因链锁的多态性位点也称为一个分子标记。特点：1.表现稳定（DNA形式）；2.数量多；3.多态性高；4.表现中性，不影响目标性状表达；5.区别Aa和AA；6.成本不太高。 分子标记技术：能提供分子标记的分子生物学技术。特点（优点）：1.分子标记技术选用的分子信息比较稳定；2.提供遗传信息量是无限的；3.能很好区分同源性和相似性；4.能提供物种间比较共同的尺度；5.打开了遗传学研究的大门。 三、DNA PEX（异基磺原甲酸）提取方法的具体步骤包括：1.研磨：加入液氮研磨后，放入液氮预冷的离心管，尽量用2ml管，研碎材料不超过离心管一半；2.水浴：加800ul的PEX提取液，充分混匀，65℃水浴45分钟，期间混匀3次，动作不能剧烈；3.离心：12000rpm室温离心10分钟，取灭过菌管，将上清液转入，再次离心；4.沉淀DNA：离心后上清液再次转移，在装有转入上清液的离心管中加1/10体积的3mol/l醋酸钠和1倍体积的异丙醇，混匀，放入-20℃的冰箱中至少沉淀30分钟；5.洗DNA：离心15分钟，倒掉上清液，70%酒精洗所得的DNA，分两次进行；6.室温干燥：用适量的TE溶解DNA；7.再次离心：DNA中的杂质和不溶物会 沉于离心管底部，将上清转移到5ml的离心管中，管壁标记材料名称； 8.检测DNA质量及浓度，放入冰箱。 DNA提取注意事项：1.提取材料尽量要幼嫩叶片；2.整个提取过程应低温， 一般利用液氮、冰浴；3.当DNA处于溶解状态，尽量减弱溶液涡旋，动 作要柔缓。 DNA降解的外源因素：1.外界物理因素：温度、湿度；2.化学因素：PH 值、水解反应、氧化反应；3.生物因素：酶解及微生物侵染等作用。这些 因素都直接与DNA的构型分子组成有关。 四、植物DNA的分子和检测 在琼脂糖凝胶电泳中影响DNA迁移的因素：DNA分子质量、DNA分子 构型、琼脂糖、凝胶浓度、电场强度、EB影响。 聚丙烯酰胺凝胶电泳电泳板的制备：①清洗电泳板②处理电泳板③组装 电泳板④电泳板灌胶。电泳板灌胶是最关键的一步。 影响泳动速度的因素：①电场强度②缓冲溶液的PH③缓冲溶液的离子强 度④电渗⑤焦耳热⑥筛孔 五、RAPD标记 RAPD标记技术的实验原理： RAPD标记技术的应用：①RAPD标记可用于植物亲缘关系及种质资源遗 传多样性分析②RAPD标记构建分子标记遗传连锁图谱③对优异基因定 位及优异性状的选择④构建DNA指纹图谱及品种鉴定⑤鉴定及标记外援 染色体片段⑥分子标记辅助育种 RAPD标记技术的特点：1.优点：①RAPD标记技术中使用的随机引物， 不需要预先了解目的基因和相应的序列，引物价格便宜，成本较低；② RAPD标记技术操作技术简单，试验周期短、能在较短时间筛选大量样品 ③选用引物没有种属限制④需要模板量较少⑤无需借助于有伤害性的同 位素，耗费的人力物力少⑥灵敏度高⑦可以覆盖整个基因组⑧RAPD产物 有大于50%的条带扩增于单拷贝区。2.缺点：①用于二倍体生物时，不能 很好的区别杂合子和纯合子②在某种情况下，实验重复性不高，实验结果 可靠性低③使用效果受生物种类的影响 如何简单设计一个实验，运用RAPD标记分析植物间的遗传多样性？ 六、SSR标记 SSR标记技术实验原理：SSR即简单重复序列，又称微卫星DNA，根据 微卫星DNA两端的单拷贝序列设计一堆特异引物，利用PCR技术，扩 增每个位点的微卫星序列，通过电泳分析核心序列的长度多态性。一般的， 同一类微卫星DNA可分布于整个基因组的不同位置上，而通过其重复的 次数不同以及重复程度的不完全而造成每个座位的多态性。SSR标记的 多态性丰富，重复性好，其标记呈共显性，且在基因组中分散分布，因此 可作为遗传标记。 SSR标记技术的应用：SSR标记技术已被广泛用于遗传图谱构建，品种 指纹图谱绘制及品种纯度检测，以及目标性状基因标记等领域。特别在人 类和哺乳动物的分子连锁图谱中，微卫星标记已成为取代RFLP标记的第 二代分子标记。 SSR标记技术特点：1.优点：①数量丰富，覆盖整个基因组，揭示的多态 性高②具有多等位基因的特性，提供的信息量高③以孟德尔方式遗传，呈 共显性，可鉴别出杂合子和纯合子④每个位点由设计的引物顺序决定⑤结 果重复性高，稳定可靠⑥DNA用量少，对DNA质量要求不高，操作简 单⑦SSR标记一般检测到的是一个单一的多等位基因位点⑧SRR序列的 两侧序列常较保守，在同种而不同遗传型间多相同⑨需要事先知道重复序 列两侧的DNA序列的信息来设计引物，因此引物开发成本高，但一旦开 发，同行受益无穷。2.缺点：①开发和合成新的SRR引物投入高、难度 大②现有的SSR标记数量有限，不能标记所有的功能基因，不能构建饱 和的SRR遗传图谱③SSR多态性的检测和应用很大程度上依赖PCR扩增 的效果④SSR座位突变率高，对变异反应非常敏感等。 SSR标记如何设计引物：①建立基因组DNA的质粒文库②根据欲得到的 SRR类型设计并合成寡聚核苷酸探针，通过菌落杂交筛选所需重组克隆 ③对阳性克隆DNA插入序列测序④根据SSR两侧序列设计并合成引物⑤ 以待研究的植物DNA为模板，用合成的引物进行PCR扩增反应⑥高浓 度琼脂糖凝胶，非变性或变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测其多态性。 七、AFLP AFLP标记技术的原理：AFLP技术是基于PCR反应的一种选择性扩增限 制性片段的方法。由于不同物种的基因组DNA大小不同，基因组DNA 经限制性内切酶完全消化后，在限制性片段两端连接上人工接头作为扩增 的模板。实际的引物与接头和酶切位点互补，并在3’加上2~3个选择性 碱基，因此在基因组被酶切后的无数片段中，只有一小部分限制性片段被 扩增，即只有那些与引物3’端互补的片段才能进行扩增，称为选择性扩 增。为了对扩增片段的大小进行灵活的调节，一般采用两个限制性内切酶。 扩增产物经放射性同位素标记、聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，可产生数量丰 富的带型标记，然后根据凝胶上DNA指纹的有无来检测多态性。分辨率 高，是一种十分理想和高效的遗传标记。 所用的两种酶：酶切频率较高的限制性酶，酶切频率较低的稀有酶；（4 个识别位点的Mse I,6个识别位点的EcoR I） AFLP引物包括3部分：5’端的与人工接头序列互补的核心序列，限制性 内切酶特定序列和3’端的选择性碱基。 AFLP的应用：①可用于构建分子遗传连锁图谱②可用于构建指纹图谱， 进行品种鉴定③可用于种内和种间的遗传多样性研究④可用于分子标记 辅助选择育种⑤可用于基因定位基因克隆的研究。 AFLP标记技术特点;1.优点：AFLP不需要预先知道DNA序列的信息， 因此可以用于没有任何分子生物学研究基础的物种，概括其特点如下：① 用于AFLP分析的限制性内切酶与选择性碱基组合的数目和种类很多② AFLP多态性远远超过其他分子标记③多数表现孟德尔方式遗传④模板 用量少，且对模板浓度的变化不敏感⑤AFLP标记中由于扩增片段较短， 其分辨率很高⑥由于利用特定引物扩增，退火温度高，因而假阳性低，可 靠性高⑦AFLP分析的大多数扩增片段与基因组的单一位置相对应，可用 于分析基因组DNA及克隆相应的DNA片段，可作为遗传图谱和物理图 谱的位标和联系两者的桥梁。2.缺点：①AFLP标记技术试验中对样品 DNA的质量要求较高②内切酶质量要求比较高③技术难度高，成本比较 昂贵④很难鉴别等位基因⑤受专利保护，目前用于分析的试剂盒价格昂 贵，分析成本高⑥实验中产生的大量谱带，对其分析和解释有时存在困难， 需要借助计算机软件的帮助。 DNA甲基化：是由DNA甲基化酶催化的一种天然修饰方式。甲基化是 基因组DNA的一种主要的表观遗传修饰方式，是调控基因组功能的重要 手段。本质上只影响表型而不影响基因型改变。 RFLP标记：限制性片段长度多态性标记 PCR：聚合酶链式反应 RAPD标记：随机扩增多态性DNA标记 AFLP标记：扩增片段长度多态性标记 SSR标记：简单序列重复标记