实验室概况

         植物生理学与生物化学国家重点实验室是在原农业部中国农业大学植物生理生化开放实验室的基础上建立的。2001年11月通过专家论证,2002年1月经科技部正式批准建设,2003年10月16日通过建设验收,正式进入国家重点实验室行列,2006年、2011年和2017年通过国家重点实验室评估,其中在2011年的国家重点实验室的评估中被评为优秀类实验室。

        实验室总体定位实验室以创新性基础研究为主,兼顾相关的应用基础研究。实验室的总体研究方向是“植物抗逆和水分、养分高效利用的生理生化及分子生物学基础”。实验室的主要研究工作内容是“系统深入地探讨植物响应高盐、低温、水分和养分亏缺等非生物逆境胁迫的信号转导、基因表达及生理生化调控机理”。

        实验室主要研究方向:围绕“植物抗逆、高效的生理生化及分子生物学基础”的总体研究方向,实验室设立六个主要研究方向:(1)植物/作物响应逆境胁迫的细胞信号转导机制;(2)植物/作物应答非生物逆境的基因表达调控机理;(3)植物/作物生长发育调控与逆境应答分子机制;(4)作物水分、养分高效利用的生理及分子机制;(5)作物抗逆高效性状表达的化学调控机理;(6)作物(玉米)功能基因组研究及种质创新和新品种培育。

        实验室主要研究内容
:植物/作物细胞响应非生物逆境胁迫的跨膜信号转导机制;植物/作物细胞响应非生物逆境胁迫的细胞内信号转导机制;植物/作物响应非生物逆境胁迫的基因转录调控分子机制;作物(玉米)抗逆相关性状的重要新基因的克隆和功能分析;植物/作物应答逆境胁迫的信号转导、转录调控的整合生物学机制;农作物抗逆高效的化学调控机理及应用技术研究。

        实验室总体建设发展目标
:围绕植物科学领域及我国实现资源节约型、环境友好型农业可持续发展中的重大科学问题和国家需求开展基础及应用基础研究工作,在保持实验室整体研究水平在国内同类实验室处于领先水平的同时,力争尽快使本实验室成为国际同领域中具有重要影响力和竞争力的科学研究和人才培养基地。在基础研究方面,集中优势力量重点探索植物响应及适应干旱、高盐、低温、营养亏缺等逆境胁迫的信号转导网络调控机制及分子遗传机理等重要理论科学问题,发表有突出创新意义并在国际上有重要影响的研究论文。在应用基础研究方面,克隆一批有重要应用价值、有我国自主知识产权的重要农艺性状基因,并努力开展作物(玉米)功能基因组及种质创新和新品种培育研究;同时还将植物生长发育的激素调控理论应用于作物栽培生产实践,以建立重要农作物高产高效的化学调控栽培技术体系等。在人才培养方面,实验室将努力加强年轻科技人才的培养,达到平均每年培养5~8名博士后、25~30名博士生、10~15名访问学者或进修人员的能力,强化国家理科生物学基地本科生的科研训练工作。在实验室运行管理方面,切实实施“开放、联合、流动、竞争”的运行机制,与其他院校及研究单位充分共享实验材料、仪器设备、数据和技术等各类公共资源,使人员与学术的交流常态化,实现我国植物生理生化及植物分子生物学和生物技术领域研究力量间的强强联合与优势互补,将本实验室建设成为我国植物科学领域优秀研究人才的聚集和培养基地及创新性高水平研究成果的重要产出基地。

        在国内外相关学科领域中的地位和影响,及在国家科技发展中的作用
:植物抗逆高效的生理及分子生物学基础研究不仅是植物科学基础研究的前沿领域,而且与农作物生产及农业可持续发展的重大需求密切相关。
        研究各种外界环境因子对植物生长发育的影响一直是植物科学研究领域的重要命题,探索相关的重要科学问题既有重要的理论意义,也与农作物育种和栽培实践密切相关。植物是如何感受各种环境刺激信号的?植物通过何种机制响应和适应各种环境胁迫?植物在逆境下生长发育的分子机制为何?植物在逆境下如何调控细胞的活性?植物响应环境胁迫的细胞信号转导及基因表达调控机理为何?植物适应环境胁迫的分子遗传调控网络机制为何?如何通过调控重要功能基因或调控因子的表达或活性来改良农作物的抗逆高效性状?诸如此类问题是当今植物科学研究领域的前沿和热点,亟待深入的探索。因此,解析植物感受和响应各种环境胁迫的生理及分子机制是植物科学基础理论研究不可或缺的重要方面。
        农作物生产中的淡水、土地、肥料资源的严重匮乏及农业生态环境的恶化已严重制约我国农业的可持续发展。我国三分之二以上面积的耕地属干旱和半干旱耕地,近三分之一面积的耕地受到不同程度盐渍化的影响,而且盐渍化耕地面积还在逐年增加。我国还有10亿亩以上的荒地和滩涂是盐碱地。受全球气候变化和温室效应的影响,极端温度出现的频率日益增多,我国北方大部分地区和南方的早春、晚秋季节的农作物生产频繁遭受低温冷害,致使作物减产甚至绝收。我国磷、钾等矿产资源匮乏,每年耗巨资进口磷、钾化肥,农作物生产中磷钾肥施用量不足严重限制了作物产量的提高,而且还由于养分供应不平衡造成了氮肥浪费及由此带来的环境污染。综上所诉,干旱、盐碱、低温、磷钾亏缺等非生物逆境胁迫已成为制约我国农业可持续发展的重要因素。
        要实现我国农业长远可持续发展的战略目标,必须走资源高效利用、环境友好型可持续发展之路,以期逐步实现农业生产方式的根本转变。已有的研究表明,同种作物的不同基因型或不同种类作物的耐干旱、盐碱、低温性状以及对土壤矿质养分的需求和吸收利用能力是不同的,表明植物的这些抗逆性状是受遗传控制的。因此,利用分子育种技术培育抗逆作物优良品种在理论上是可行的。而利用现代作物分子育种技术培育作物抗逆新品种首先依赖于对植物适应环境胁迫的分子调控机理的认识。因此,开展对植物适应环境胁迫的分子调控机理及抗逆性状分子遗传机制的研究是我国农业可持续发展的重大和迫切需求。
       本实验室围绕植物科学基础理论研究领域的重要科学问题,同时瞄准我国农作物生产可持续发展的重大需求,长期坚持“植物抗逆、高效的生理及分子生物学基础”方面的创新性研究,对我国植物科学学科发展及农作物抗逆高效研究方面有着重要的作用和意义。实验室目前已形成一支以优秀学术带头人为核心的高水平研究队伍,凝聚了一批具有发展潜力的中青年学术骨干,已成为吸引优秀年轻归国学者优先选择的实验室之一。目前实验室承担了一大批国家重大科研任务,不断取得一些重要研究成果,其中有些研究成果已在国内外学术界产生重要影响。