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北林大科研团队研发刺槐高效培育技术体系……【近期科研成果扫描】

2021-07-05 18:33
北京
来源:澎湃新闻·澎湃号·政务
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北京林业大学科研团队研发刺槐高效培育技术体系

北京林业大学主持国家“十三五”重点研发计划项目“油松等速生用材树种高效培育技术研究”取得重要进展

“威县杜仲国家林木种质资源库”入选第三批国家林木种质资源库

北京林业大学科研团队在梅花垂枝性状遗传调控研究中取得新进展

北京林业大学盐池站在荒漠土壤碳过程研究中取得新发现

北京林业大学科研团队研发刺槐高效培育技术体系

近期,北京林业大学主持国家“十三五”重点研发计划课题“刺槐速生建筑材林高效培育技术研究”以建筑用材资源高效培育的国家重大需求为导向,围绕全面提升刺槐建筑材林生产力以及建立资源节约型和环境友好型高效培育技术的关键科学问题,开展了系统的探索与研究,取得重要突破。

课题组在开展野外调研

研究从良种壮苗培育入手,通过适宜立地选择与评价、林分结构效应、生长调控与修枝抚育管理、兼用林培育、刺槐林地力维持等森林培育的各重要环节进行了深入的探究。

安徽刺槐建筑材林试验示范林

课题组结合多年来在刺槐良种选育方向积累的成果,选择了北林槐、皖刺1号、豫刺3号、豫刺4号、豫刺9号、多彩青山等优良品种用于建筑材培育并在全国刺槐主要适生区进行了区域化试验示范。课题研究团队通过对刺槐良种无性系轻基质容器育苗技术的持续研究,攻克了刺槐硬枝插穗生根难、成苗率低的技术难题(图1),取得了硬枝扦插生根率达90%、容器育苗成活率达85%的突破性技术成果。

刺槐良种无性系轻基质容器育苗技术及示范基地

研究团队通过搭建基于物联网、大数据、云平台的刺槐人工林滴灌智能控制系统,全面建立了刺槐速生建筑材林智能水肥一体化栽培技术体系(图2)。从而提高灌溉施肥效率80%以上,节约水资源40%以上,在大幅提高刺槐人工林的生产力同时,有效防止了地力衰退以及化肥造成的面源污染。

刺槐速生建筑材林智能水肥一体化栽培技术体系装置

针对刺槐早期生长迅速,分枝早、枝下高过低,建筑材中幼林培育过程中缺少株型控制技术和有效的空间管理措施,影响出材率的问题,研究团队进行了高精准提高刺槐干材质量的技术攻关,研究出一代林及二代林生长阶段最合适的空间优化密度调控技术,一代林干形控制的修枝抚育技术,从而全面建立了刺槐建筑材林树型优化及林分空间优化的成套关键技术体系。

刺槐林树型优化及林分空间优化对比图

速生建筑材林培育对林地土壤肥力的过度消耗是限制高效人工林培育利用的重要问题。研究团队在开展培育技术攻关过程中进行了刺槐建筑材林培育对林地地力影响的研究,所取得的成果对于可持续经营刺槐建筑材林提供了重要的理论基础。

经过5年来的持续攻关,课题组已经基本上解决了刺槐建筑材林高效培育的关键技术与理论问题,期间获得了梁希科技进步二等奖1项,出版专著2部,发表研究论文10余篇,为最终集成综合配套的刺槐建筑材林培育技术体系奠定了基础。

北京林业大学主持国家“十三五”重点研发计划项目“油松等速生用材树种高效培育技术研究”取得重要进展

木材是我国的重要战略物资,但我国森林单位面积蓄积量只有全球平均水平的78%,森林年净生长量仅相当于林业发达国家的一半左右,因此我国木材资源对外依存度很高,将近一半的木材都要依赖进口。近年来,我国对木材的需求逐年扩大,特别是建筑材和大径材等材种的供需矛盾日益突出,提高人工林生产力和特定材种供应能力已十分迫切。习近平主席在气候变化巴黎大会上明确提出了“中国2030 年森林蓄积量比2005 年增加45 亿立方米左右”的任务。通过科技创新提高森林培育质量与效率,成为了保障国家目标顺利实现的关键。

在此背景下,我校李悦教授主持的国家“十三五”重点研发计划项目“油松等速生用材树种高效培育技术研究”瞄准重要树种大径材及脂材兼用林的高效培育技术研究,取得系列重要进展。

研究团队突破了油松等造林树种大径材高效培育关键技术。阐明了油松主要林区适宜发展大径材的立地类型,研发了材种与立地适配技术;首次系统研发与初步构建了油松、刺槐、樟子松和云南松等树种的大径材高效培育技术,有效提高了大径材蓄积量,取得了显著的技术效果;首次研发了南方低山丘陵区泡桐大径级高干良材培育技术,为泡桐在水热条件更好的地区推广提供了有力技术支撑。该技术成果解决了各树种大径材林综合效益偏低的关键问题,整体达到国际先进水平。

河北木兰林管局五道沟林场目标树经营样地(左)和对照样地(右)

该技术已在20个省(区)的84个林区建成各树种的高效培育技术试验与示范林 2万多亩,在试验点设置林区可辐射的林分面积达500多万亩,在各树种用材林主要栽培区潜在推广面积达213万公顷(3200万亩)以上。技术成果的推广应用将大幅度提高我国大径材人工林的经营管理技术水平,对保障我国木材供给与产业安全、提升林分的综合生态效益具有重大战略意义,为国家木材战略储备林营建提供了重要技术支撑;将有力促进相关企事业发展,带动各推广区域的涉林就业和经济社会进步,增加林农经济收入,可产生巨大的社会经济与生态效益。

研究团队建立了脂材两用林高效培育技术体系。提出“脂材同林同树”培育模式以及非均匀初植密度的“脂材同林”模式,破解了脂材不可兼得的难题,实现单位面积脂材收益最大化,对于保障木材与松脂供给安全具有重要战略意义。成果技术达到国际领先水平,在同等立地条件下,脂材林纯收益居世界前列。

基于国外松脂材培育周期相近的特性,构建“脂材同林同树”的培育模式,实现在同一树体采脂4-6年后皆伐形式收获脂材。基于思茅松脂材培育对时间与空间尺度差异性要求,构建“脂材同林”的培育模式,在同一林分中将材用和脂用良种混合种植并分别收获材脂。

评选脂用、材用及两用的优良家系,并集成规模化、工厂化、菌根化育苗技术,良种应用提高蓄积量、产脂量15%以上。研发不同营林阶段专用肥配方,提高蓄积量21%以上。发明化学疏伐技术,达到“脂材同林同树”模式密度控制与采脂同步效果。研发非均匀初植密度造林技术,达到“脂材同林”模式空间最大化利用效果。

研制出延长松脂流动时间且增加单位时间产量的国外松高效促脂剂,割脂1个月,可达到对照3个月的产量,大幅度减少采割次数,降低了采脂对生长的抑制,并提高了生产效率。

广东韶关11年生湿加松脂材两用林(采脂3年)

“脂材同林同树”培育技术已在广东、江西、湖南等山区推广应用,项目期推广应用23万亩,新增销售额15亿元,受益林农10万人以上;产生的松脂与木材应用于下游的松香树脂、中纤板、刨花板生产加工企业,取得较好的市场反响。“脂材同林”培育技术尚未投产,将在云南等地推广应用。技术辐射推广面积预计达100万公顷。项目成果对保障我国木材生产的战略安全、改善区域环境生态改善、支撑中下游产业发展、保障和提高广大林农的经济收入等方面做出了重大贡献。

“威县杜仲国家林木种质资源库”入选第三批国家林木种质资源库

近日,国家林业和草原局对通过评审的62处第三批国家林木种质资源库名单进行了公示,由北京林业大学北京市林木分子设计育种高精尖创新中心PI康向阳教授和博士后李赟博士支持建设的“威县杜仲国家林木种质资源库”名列其中。这是继2019年该基地获得河北省林木种质资源库建设之后的又一新突破,表明我校在杜仲种质资源收集与创新方面开始跻身国家先进行列。

威县杜仲国家林木种质资源库的种质资源收集圃

创新中心林木染色体组操作育种团队于1999年开始杜仲种质资源收集和良种选育研究,目前已建设杜仲种质资源收集圃、矮化育种园、试验示范林以及新品种采穗圃和繁育圃等近200亩。其中,种质资源收集圃收集保存杜仲优树、古树、优良品种等种质资源253份,分布范围覆盖全国杜仲主产区的9个省、市、自治区;同时还收集了通过倍性育种创制的杜仲单倍体、三倍体和二倍体超级苗等新种质120余份等。“威县杜仲国家林木种质资源库”的建设,对于进一步推动我国杜仲种质资源保护和遗传改良进程,尤其是对于继续保持我校杜仲三倍体新品种选育及其产业开发领先优势等具有重要作用。

威县杜仲国家林木种质资源库三倍体新品种采穗圃

据悉,创新中心林木染色体组操作育种团队经过二十多年的潜心研究,在杜仲种质资源收集、倍性育种等方面取得了一系列突破性成果,于世界上首次通过诱导孤雌生殖获得杜仲单倍体,并采用单倍体完成染色体级高质量杜仲全基因组测序。攻克了基于配子染色体加倍选育杜仲三倍体的一系列技术难题,在世界上首次成功诱导获得杜仲三倍体,实现了几代杜仲育种人的夙愿。选育出生长快、叶片巨大、杜仲胶和药效成分含量高的‘京仲1号’-‘京仲8号’等8个三倍体新品种,被杜仲资源高值化利用产业技术创新联盟列为“十四五”重点推广品种,已开始产业化推广等。

北京林业大学科研团队在梅花垂枝性状遗传调控研究中取得新进展

梅花是我国特有早春木本观赏植物,素有“花魁”之美誉。垂枝梅因其枝条自然下垂、树姿隽秀、花开如瀑,深受人们喜爱。然而,垂枝梅花品种资源稀缺,垂枝性状遗传机理仍不清晰,极大地限制了垂枝梅花新品种选育进程以及在园林景观中的广泛应用,垂枝性状分子标记辅助选择育种和遗传机制的解析迫在眉睫。

该研究通过引入巢式表型测量法,提取7个梅花垂枝相关亚性状,完成342个F1遗传群体QTL mapping和214个品种全基因组关联分析(GWAS),共获得8个与垂枝性状紧密关联QTLs。其中,位于7号连锁群的主效QTL被7个亚性状同时定位,综合GWAS、选择性清除分析以及候选区间标记验证,最终将主效QTL精准锚定在0.29 Mb区间,筛选出可用于垂枝梅花分子辅助选择育种的核心SNP标记,准确率达95%以上。主效QTL区间包含39个候选基因,结合转录组差异表达基因分析,只有 Pm024213 基因在垂枝梅花嫩枝和芽中特异表达,且该基因与核心SNP标记相距仅10 Kb。功能注释表明, Pm024213 基因包含硫氧还蛋白thioredoxin(Trx)结构域,前期研究表明含有Trx结构域的基因参与应拉木形成、生长素介导的激素信号转导以及淀粉体形成等生物学过程。

基因共表达网络分析表明,85个差异表达基因与 Pm024213 共表达。基于基因位置和上位性互作分析,发现35个共表达基因位于上位性互作位点,进一步利用STRING数据库对35个基因的互作关系进行预测,发现22个基因存在显著互作关系,其中两条通路与生长素水平相关。基于上述研究结果,提出了与生长素合成与木质素合成通路相关的梅花垂枝性状调控模型,为揭示梅花垂枝性状形成的分子机制提供理论基础。

北京林业大学国家花卉工程技术研究中心主任张启翔教授和青年教师郑唐春副教授为该论文通讯作者,卓孝康博士为第一作者。张智勇博士、李素珍硕士和张亦弛硕士等参与了本研究。本研究在国家重点研发计划、北京市科技计划和北京市共建专项等项目的资助下完成。

北京林业大学盐池站在荒漠土壤碳过程研究中取得新发现

全球干旱地区面积占陆地总面积的40%以上,该地区土壤无机碳的储量十倍于有机碳,是主要的陆地无机碳库;因此,其动态变化将极大地影响干旱地区的碳储量。以往认为,在土壤碳库中,无机碳库是较为稳定的组分,但近年来发现,土壤无机碳可转化为有机碳,但转化的机制和过程并不清楚。揭示该过程对于认识干旱地区土壤肥力的形成和碳库动态、科学评估干旱地区生态系统在碳中和方面的贡献,具有十分重要的意义。

我校盐池站长期致力于荒漠地区生态系统关键过程及其驱动机制的多学科交叉研究,前期在国家自然科学基金、中央高校基本业务费等项目的支持下,在荒漠生态系统固碳途径及其机制、土壤微生物参与的有机碳形成过程、土壤微生物驱动的无机碳生成等方面,开展了大量的探索性研究,并取得了一系列创新性成果,得到学术界的广泛关注。近期,美国地球物理学会(AGU)旗下学术期刊 Journal of Geophysical Research : Biogeoscience 以“Soil microbes transform inorganic carbon into organic carbon by dark fixation pathways in desert soil”为题,在线发表了该盐池站在干旱地区土壤碳过程方面的又一发现。

盐池站张宇清团队在毛乌素沙地通过野外原位实验,采用碳同位素示踪手段发现,土壤中部分有机碳直接源于CO2和HCO-3,并非植物光合作用的产物,其生成速率为3.276 μg kg-1 d-1。研究组进一步通过宏基因组分析发现,土壤微生物中同化CO2和HCO-3的关键基因相对丰度约占所测总基因的0.5%,即土壤中存在相当数量的固碳微生物,通过化能自养和异养两个过程,将土壤中的无机碳转化为有机碳。该项研究证实了荒漠地区土壤中存在一个被忽视了的、由微生物介导的非光合固碳途径(darkfixationpathways),为干旱地区碳循环和碳库动态变化过程补充了新的认知。

该项研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、中央高校基本科研业务费项目的支持。我校博士生刘振为第一作者,张宇清教授为通讯作者。

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出品 | 党委宣传部新媒体中心

来源 | 各单位

原标题:《北林大科研团队研发刺槐高效培育技术体系……【近期科研成果扫描】》

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