植物细胞与染色体工程国家重点实验室

【单位概况】植物细胞与染色体工程国家重点实验室依托中国科学院遗传与发育生物研究所。

植物细胞与染色体工程国家重点实验室于1989年批准建设。

1995年，建成后通过国家验收并正式对外开放。

【科研领域】实验室的学术方向是研究重要农作物经济性状遗传变异、基因与基因组功能，为农作物遗传改良提供理论基础；利用植物细胞、染色体和基因工程等实验手段，建立分离和利用优异外源基因的途径，创制对农作物育种有重要价值的种质资源，培育优质、高产的农作物新品种。

实验室的主要研究内容有以下5个方面：

（1）从个体、细胞、染色体和分子水平系统而深入地研究植物对磷、氮和铁等营养元素的吸收和利用，为进一步改良植物养分利用效率提供理论基础与实践材料。

（2）结合分子生物学和基因组学的发展，深入研究细胞和染色体工程的基本问题，促进细胞、染色体和基因工程的有机结合。

（3）对小麦族植物蛋白品质相关基因资源进行挖掘、功能分析与生物技术利用。

（4）深入研究麦类作物主要病原物（如小麦锈菌、小麦白粉病菌、大麦黄矮病毒）与寄主细胞相互作用的分子机理，为有效防治麦类病害奠定基础。

（5）综合利用常规育种、细胞与染色体工程以及分子育种技术，培育农艺性状优异的小麦品种。

现任实验室主任为王道文博士，实验室副主任为张爱民博士和凌宏清博士，实验室学术委员会主任为李振声院士。

【发展成果】实验室建设以来的主要研究成果和突出进展可以归纳为以下几点。

（1）以研究和改良小麦吸收和利用土壤磷元素为突破口探索新时期农作物育种的新途径。与这项成果相关的重要进展包括：确定了区分磷高效与磷低效小麦资源所需的合适选择压力；鉴定了小麦近缘种中所含有的控制磷高效特性的染色体；比较深入地阐述了小麦高效吸收和利用土壤磷元素的生理生化机制，发现了在某些磷高效小麦基因型中高效利用磷元素特性受一对主效基因控制；培育出了耐低磷、优质、抗逆和稳产的小麦品种小偃54。

（2）发展和应用植物细胞与染色体工程实验体系，建立向小麦基因组转入优异外源基因的高效途径并创制对麦类作物改良有重要意义的种质资源。与这项成果相关的重要进展包括：在国内外首次发现约有90%的花粉植株为稳定的单倍体与加倍单倍体，约有10%的花粉植株不稳定，有变异，称为花粉无性系变异；在国际上首次论证了花粉无性系变异的机制是花粉细胞培养过程中异常的细胞分裂的结果，这种结果可导致染色体结构的变异；在国内外首次论证了配子类型的多样性能够在花粉植株中充分表达；提出并证明了通过培养小麦与其近缘种杂交所产生的非整倍体植株的花粉细胞，可大量促使外源染色体与小麦染色体间结构重组与易位，从而证实花粉培养体系是向小麦中转入外源基因的高效体系；通过花粉细胞培养，目前已向普通小麦中转入多种外源优异基因，创制了一大批对小麦育种有重要意义的种质资源；

（3）研究麦类作物育种新技术，培育优质、高产和抗逆的麦类作物新品种。与这项成果相关的重要进展包括：与河南省豫东农作物品种展览中心合作培育出了超高产、优质的小麦品种豫麦66，该品种平均亩产500～600公斤，在较好肥力的土壤中，亩产可超过700公斤，是目前国内最好的超高产小麦品种之一；和张家口地区农科所的合作，在深入研究小麦核质杂种遗传学基本规律的基础上，形成了利用小麦核质杂种优势的育种新技术，并首次在国际上育成核质杂种春小麦新品种2134，该品种在我国北方干旱和半干旱地区（河北、内蒙、宁夏、甘肃、新疆等地）表现突出，历年增产20%以上。实验室自建设以来获得了多项奖励，其中包括一项国家自然科学二等奖。

【科研支撑】实验室现有中国科学院院士1名，中国科学院“百人计划”引进人才3名，国家杰出青年基金获得者3名。实验室现有博士生导师6名，硕士生导师8名。

中青年科技人员（14名，平均年龄低于40岁）占固定人员总数70%。实验室设立了多个开放课题，接纳了来自多个单位的客座研究人员。与国内外多个单位建立了合作研究关系，承担了由英国皇家学会等单位资助的多项国际合作课题的研究。

实验室建立了较好的管理制度，各项工作均处于良好的运行状态。

自建设以来，实验室的学术论文先后发表于多种国际刊物（如Theoretical and Applied Genetics、Plant Science、Genome、Plant Breeding、Plant and Soil、Journal of Biological Chemistry等），研究结果获得了国内外同行的肯定和重视。

在未来的5至10年中，实验室将在队伍建设、科学研究、国际合作和实验室管理等方面有更大的发展，争取能成为国际麦类作物遗传与改良研究领域中的知名实验室之一。