一、项目名称 林木抗旱性多种分子调控机制及其良种选育应用技术 二、 提名单位及 提名意见 提名单位 国家林业和草原局 提名意见 该成果 基于我国旱区国土绿化生态建设振兴乡村林区， 以胡杨、刺槐等材料，揭示 抗旱转录表达基因的 分子、生理生化和形态建成调控功能和机制， 发现根系向水性抗旱的多个关键 基因 ，揭示了地上感知 干旱信号 和地下向湿性生长的 DREB2A、 XET等 多种 分子调控机制 ，为林木 在 很少灌溉或难以灌溉立地条件下抗逆生存生长 机制的重要进展。发掘 调控 林木根系向水性抗旱 性 的多种关键 基因，建立其多种分子调控机制的林木选育技术，将抗旱林木良种选育提升到多分子选育水平。 突破抗旱林木良种繁殖困难瓶颈，建立多种快速繁育技术体系，促进林木良种化进程；建立良种试验示范基地，四星级农业休闲园区，油用牡丹林木种质资源库， 研发建立抗旱林木，牡丹绿化油用等乔冠树种适地适树技术规程， 提升 干热河谷、矿区、 山区、 平原 造林绿化生态经济发展 。 该成果 在 国土绿化 与 资源 功能叠加结合，将牡丹拓展为大地绿化油料树种推广应用 ， 南非黑荆树、渤海柳 1 号 ， ‘凤丹’ 累计推广 300余 万亩； 获得抗旱林木材料 44 个，获国家发明专利 7 项，植物新品种权 16 个；建立抗旱林木良种繁育基地、农业休闲示范园区、国家油用牡丹种质资源库各 1 个；培养研究生 54 名，发表学术论文 70余篇，培训大批专业技术人才；助推脱贫攻坚国家发展战略。 经 审阅 ，该 项目 提名 书及附件材料真实有效， 已 按照要求 在项目完成单位对项目情况进行公示，目前无异议。 对照国家科技进步奖授奖条件，提名该项目申报 2019 年国家科技进步奖二等奖。 三、项目简介 该成果属林业领域，获得国家省部委有关抗旱 林木基因功能鉴定 和离体快繁原理技术研究项目支持，历经 15 年重点研究 林木抗旱性多种分子调控机制及其良种选育应用技术 。 ㈠ 主要技术内容 ⑴ 发现 多 种根系向水性抗旱 关键基因 ，揭示 其协同调控提升抗旱性的分子机制，支撑林木抗旱 分子育种 技术创新。 ① 发现洋白蜡、胡杨、蒺藜苜蓿、油用牡丹‘凤丹’抗旱关键基因DREB2A、 WRKY 和 XET，阐明其抗旱分子调控功能；揭示 DREB与 WRKY 启动子响应环境胁迫的顺式作用元件差异，为抗旱分子鉴定依据。 ② 阐释转录因子 DREB2A/WRKY 响应干旱信号、调控 XET 基因促进根系结构重建的多基因时空协同抗旱机制，为抗旱基因及其启动子鉴定林木抗旱性基础。 ③ 采用高通量测序技术结合降解组测序分析，从抗旱节水和耐盐胁迫两个方面对胡杨进行系统的 miRNA 基因组学研究，构建 miRNA 调节胡杨抗逆分子机制的理论框架和基因组数据框架。鉴定杨树 2542 个新的和 504 个响应干旱胁迫的 lincRNA 基因，预测通过靶基因模式作用于 miRNA 的调控机制。分析胡杨、毛果杨响应干旱的功能基因组特征，水分胁迫诱导相关基因的表达，对杨树耐旱机 制进行系统探讨。深入研究胡杨 PeSCL7、 PeNAC036、 PeCBF4a 参与调节胡杨抗逆性的分子机制， HLH35、 NFYB7、 ERECTA、 CHYR1、 EPF1 等基因调控杨树气孔发育、气孔开度与水分利用效率，为通过降低水分消耗提高水分利用效率途径，为杨树及木本植物抗旱性定向培育提供了理论基础与基因资源。 ⑵ 研究建立 多 种 分子 协同调控 提升抗 旱 性的林木 良种分子 -生理 -形状 选育 技术体系 ， 提升抗旱林木材料精准选育效率 。 ① 研建长引物 PCR 高效基因剪接技术，发明基于林木 DREB2A、 WRKY 和 XET等抗旱基因及其启动子功能的抗旱测试技术，鉴定林木抗旱遗传性。② 发明降低测试环境干扰的梯度干旱测试系统，提升林木抗旱鉴定真实性和准确性。 ③ 创建多生理生化指标定量测定技术，鉴定林木干旱适应性，获得天然抗旱林木材料 44 种。 ⑶ 突破抗旱林木材料繁育瓶颈，建立高效快繁技术体系，促进林木良种化进程。建立 山楂 种子促萌技术，研发抗旱林木造林绿化技术体系，促进国土绿化生态经济产业发展， ① 黒 荆树 繁殖应用技术促进干热河谷绿化；攻克 建立刺槐细胞悬浮培养、杂种白杨幼化快 繁、红叶卫矛多倍体体细胞培养和芽休眠破除等技术，支撑多基因抗旱树种推广应用。② 创建山楂 高低温变温层积法促萌技术体系 萌发时间从 2 年缩短至 1 年， 促进良种繁育应用生产应用 。③ 建立‘凤丹’组织培养发明专利技术， 小植株驯化成活率达 97.8， 促进牡丹绿化油用种苗繁育推广；④ 建立 常州 国家 油用牡丹林木种质资源库，促进国家牡丹油用 资源 保护利用战略；⑤ 云南楚雄、山西潞安、山西渭南、京津冀地区造林绿化 300 万亩以上，促进生态、经济和社会效益提升 。 ㈡ 专利授权情况 该成果关键技术具有自主知识产权，获得国家发明专利授权7 项，植物新品种 16 项。 ㈢ 技术经济指标 该项目 主要为公益性社会效益，国土绿化、生态效益叠加 山楂、 牡丹籽油 等效益，促进振兴乡村和林区、稳定农村林区经济社会发展，一些地区改变娶妻生育困窘、就业和社会稳定发展。生态、经济和社会效益提升显著 。 ㈣ 应用推广及效益情况 成果转化应用于产业化生产和林业人才培养。 ⑴ 多基因抗旱乔木树种应用。抗旱林木材料已用于北京绿化工程，养护多年工程质量稳定可靠。 黒 荆树在我国 西南 干热河谷地区推广应用 ，促进区域植被恢复、防护林营建和特色森林药用资源培育。柳树新品种 渤海柳 1 号 等 ； 建立柳树闭合农工产业链；主材和全部剩余物用于生产重组木、碳基肥、活性炭、木醋液及生物质余热发电，林下发展种植养殖经济。在我国北方推广应用至少 20 万亩。⑵ 获得山楂种子解除种子休眠的最佳方案种子最佳采收期和梯度变温层积解除休眠的有效措施，简化解除种子休眠方法，种子萌发时间从 2 年缩短为 1 年，提高了效率和出苗质量，在我国河北地区广泛应用。 ⑶ 创建国家油用牡丹 林木 种质资源库，建设牡丹籽油综合示范工厂，油用牡丹‘凤丹’推广种植 300 余 万亩。 该项目成果应用于林业专业人才培养， 培养研究生 54 名，发表学术论文 70 余篇，培养国家高等林业专业技术人才。培训大批技术人才和培育骨干企业，促进林业产业发展生态、社会和经济效益巨大，战略意义显著。 四、客观评价 ㈠ 科技查新 经 中国林业科学研究院林业科技信息研究所确认，林木抗旱性多种分子调控机制及其良种选育应用技术为创新成果 鉴定林木抗旱关键基因 DREB2A 调控林木洋白蜡直根生长功能；整合建立 DREB2A 和 WRKY 转录因子响应干旱胁迫，启动 XET 基因调控根系向水性向地性生长，提高林木抗旱性的分子表达调控机制 ；基于确定 DREB2A、 WRKY 和 XET 为抗旱关键基因及其分子偶联机制的协同作用，筛选鉴定同时具有抗旱关键基因的天然树种资源的精准选育理论及其技术体系 等均未见完全相同的文献报道，具有文献新颖性（附件 1） 。 ㈡ 项目验收报告 国家科技部、专家组验收通过本团队主持的国家 863、省部委等项目，确认 DREB、 XET 等 基因抗旱 功能鉴定 及其良种选育 技术成果和人才培养成果 （附件 2） 。 ㈢ 第三方评论长引物 PCR 和高效基因剪接技术被 美国健康与医学周报 （ 2009-02-02 和 2009-02-05） 评论在遗传学和基因组学方面取得进展； Scientific Reports 主编 Richard White 和 Suzanne Farley 签发证书 （ 2018-5-26 ） ，发表于 Scientific Reports, 2017,7112188 的胡杨异形叶和根系向水性抗旱性基因网络排名在该期刊 2017 年发表的 700 篇植物科学论文中顶级 100 篇的第66 位 （附件 3） 。 五、应用情况 项目选育的多基因抗旱 林木材料用于北京绿化工程， 提升防灾减灾的可靠性和安全性，养护 3 年未出现因干旱或冬季冻害枯死等抗性适应性问题，工程质量可靠，生态效益和社会效益明显提升。 黒 荆树在我国西南干热河谷地区推广应用， 用于区域植被恢复、防护林营建和特色森林药用资源培育。研发柳树新品种渤海柳 1 号；建立柳树闭合农工产业链；主材和全部剩余物用于生产重组木、碳基肥、活性炭、木醋液及生物质余热发电，林下发展种植养殖经济。在我国北方推广应用至少 20 万亩。 山楂种子促萌技术应用。 获得山楂种子解除种子休眠的最佳方案种子最佳采收期和梯度变温层积解除休眠的有效措施，简化解除种子休眠方法，种子萌发时间从 2 年缩短为 1 年，提高了效率和出苗质量，在我国河北地区广泛应用。 牡丹绿化油用产业推广种植。 ⑴ 北京顺义建设牡丹良种快繁工厂 300 平米、地热智能温控温室 7400 平米，促进牡丹良种微型快繁产业发展。油用牡丹产业园被评为北京市四星级农业休闲园区，开放接待观光、学习、培训、学术人员 50 余万人次，普及科学知识，促进社会和生态文明建设。 ⑵ 江苏常州 创建国家油用牡丹林木种质资源库， 建设种质资源收集、品种研发、种苗生产、籽油低温压榨超临界 CO2 萃取综合示范工厂，提高地区农户经济收入。 ⑶ 山西 矿区、陕西山区等地推广种植‘凤丹’用于绿化油用，绿化美化生态环境 同时产生经济效益；河北承德等地建设油用牡丹田园综合体；全国协作发展油用牡丹‘凤丹’ 300 余 万亩，为乡村振兴战略和林业绿化生物产业发展提供有力支撑。 培养博士 22 名（其中国际留学生 2 名），硕士 32 名 ， 合作指导博士后 1 名。为全国举办油用牡丹产业发展与丰产栽培技术培训班，培养大批专业人员、企业骨干，为林业生物技术人才培养做出贡献。 六、主要知识产权和标准规范等目录 知识产权类别 知识产权具体名称 国家 （地区） 授权或申请号 授权日期 证书编号 权利人 发明人 发 明 专利 有 效 状态 授权发明专利 用转基因技术提高林木耐旱性的方法 中国 ZL200310115343.4 2006-08-30 第 281108号 北京林业大学 曾会明、王华芳、尹伟伦、陈受宜、刘强、夏新莉 专 利 权终止 授权发明专利 胡杨向水性基因 PT及其启动子 中国 ZL200810118322.0 2011-05-04 第773745号 北京林业大学 王华芳、王天祥、严晓丹 专 利 权有效 授权发明专利 苜蓿木葡聚糖转 葡 糖 苷 酶中国 ZL200910093301.2 2013-06-19 第1218798北京林业大学 王华芳、陈己任、吕晶晶 专 利 权有效 MtXET及其编码基因与应用 号 授权发明专利 一种快速鉴定和评价内参基因适应性的方法 中国 ZL 201410138424.4 2016-04-20 第2033267号 北京林业大学 夏新莉，尹伟伦， 王厚领 专 利 权有效 授权发明专利 一种使用多内参基因组合研究胡杨基因的方法 中国 ZL 201410138911.0 2016-04-20 第2031577号 北京林业大学 尹伟伦，夏新莉，王厚领 专 利 权有效 授权发明专利 一种牡丹组织培养容器苗技术 中国 ZL201610029796.2 2018-03-27 第2857014号 北京林业大学 王华芳、修宇、卜祥潘、唐文思、霍瑾茹、张倩、邓舒专 利 权有效 雨、王蒙蒙 授权发明专利 一种红叶卫矛多倍体细胞育种技术 中国 201610678643.0 2018-08-24 第3046514号 北京林业大学 王华芳、卜祥潘、王蒙蒙、邓舒雨、修宇、唐文思 专 利 权有效 植物新品种权 甘露槐 中国 20050029 2005-11-28 第 101号 北京林业大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所 王华芳、尹伟伦、陈受宜、张劲松、李敏 专 利 权有效 植物新品种权 渤海柳 1号 中国 20130017 2012-06-11 第 595号 滨州市一逸林业有限公司、山东省林业科学研究院 焦传礼、刘 徳玺、宫敬东、刘桂民、姚树景 专 利 权有效 七、主要完成人情况表 姓名 王华芳 排名 1 职称 教授 工作单位 北京林业大学 完成单位 北京林业大学 本人对本项目技术创造性贡献 项目主持人之一，对创新点 1-3都有重要贡献，投入本研究的工作量占 65％。（ 1）组织、协调、实施研究工作，发现和发掘耐旱关键基因及其启动子， 林木抗旱性多种分子调控机制及其良种选育应用技术 的主要创建人之一；（ 2）研究基于多基因功能鉴定和多生理生化指标测评体系的抗旱林木选育技术；（ 3）选育天然耐旱基因重要林木品种；（ 4）创建林木优良品种繁育技术体系、建立 黒 荆树、柳树、刺槐、杨树、山楂、油用牡丹 等优质林木材料组织培养 和繁育应用 技术；（ 5）培养研究生和培训技术人员。 姓名 尹伟伦 排名 2 职称 院士 工作单位 北京林业大学 完成单位 北京林业大学 本人对本项目技术创造性贡献 项目主持人之一， 项目研究方向总体把控者， 对创新点 1-3都有重要贡献，投入本研究的工作量占 50％。（ 1） 林木抗旱性多种分子调控机制及其良种选育应用技术的 主要创建人之一 ，研究建立耐旱基因表达调控机制； （ 2）研究基于多种耐旱基因功能鉴定和生理生化指标评价技术的抗旱林木筛选原理和技术 ； （ 3） 深度揭示天然林木同源基因表达与耐旱差异； （ 4） 探究重要林木繁育 困难 的特殊机制和途径。 姓名 夏新莉 排名 3 职称 教授 工作单位 北京林业大学 完成单位 北京林业大学 本人对本项目技术创造性贡献 对创新点 1有重要贡献，投入本研究的工作量占50％。发现和发掘林木耐旱关键基因 ，阐明其调控林木抗旱的分子 机制。 姓名 孙永玉 排名 4 职称 副研究员 工作单位 中国林业科学研究院资源昆虫研究所 完成单位 中国林业科学研究院资源昆虫研究所 本人对本项目技术创造性贡献 对创新点 3有重要贡献。 促进 黒 荆树 在我国 西南地区 干热河谷地区 推广 种植。 姓名 杨晓玲 排名 5 职称 教授 工作单位 河北科技示范学院 完成单位 河北科技示范学院 本人对本项目技术对创新点 3有重要贡献。研究建立山楂种子促萌技术，河北地区推广应用。 创造性贡献 姓名 杨金方 排名 6 职称 中级 工程师 工作单位 江苏国色天香油用牡丹科技发展有限公司 完成单位 江苏国色天香油用牡丹科技发展有限公司 本人对本项目技术创造性贡献 对创新点 3有重要贡献。建立国家牡丹种质资源库，推广牡丹绿化油用。 姓名 李海波 排名 7 职称 高级工程师 工作单位 山西潞安智华 农林科技 有限公司 完成单位 山西潞安智华农林科技有限公司 本人对本项目技术创造性贡献 对创新点 3有重要贡献。‘凤丹’矿区绿化油用推广应用。 姓名 晁龙军 排名 8 职称 高级工程师 工作单位 北京国色天成生物科技有限公司 完成单位 北京林业大学 本人对本项目技术创造性贡献 对创新点 3有重要贡献。抗旱优良树种试验示范，环北京生态圈造林绿化 姓名 修宇 排名 9 职称 无 工作单位 北京林业大学 完成单位 北京林业大学 本人对本项目技术创造性贡献 对创新点 1有贡献，验证转录因子 FpDREB基因 功能，建立 抗旱 基因树种选育技术。 姓名 昌艳萍 排名 10 职称 副 教授 工作单位 河北大学 完成单位 北京林业大学 本人对本项目技术创造性贡献 对创新点 1有贡献，验证 FpDREB2A基因田间植株与环境微生物互作机制 八、 主要完成单位及创新推广贡献 北京林业大学为项目主持单位，提出研究思路、制定技术路线、研究推广方案，并组织相关协作单位开展研究和推广工作。 ⑴ 主持研究 林木抗旱性多种分子调控机制及其良种选育关键 理论技术。 ⑵ 研究建立长引物 PCR 高效基因剪接技术、整合多抗旱基因及其启动子测试评价技术和多生理生化指标测试评价技术建立 林木抗旱性多分子良种选育技术 。 ⑶ 发现细胞分化成原基的基因表达与生长素调控机制，揭示器官再生的调控机制。 ⑷ 建立保持母株优良性状的不定芽和不定根分化调控体系，攻克典型树种无性繁殖关键技术难题，支撑多基因抗旱树种推广应用。发明牡丹组织培养容器苗技术，小植株驯化成活率 97.8；建立刺槐细胞悬浮培养、杂种白杨幼化快 繁、红叶卫矛多倍体体细胞培养和芽休眠破除等技术，整合研建离体快繁技术体系。 ⑸ 基于林木抗旱的多种遗传分子功能鉴定技术体系，筛选适应我国北方干旱地区生态建设的优质耐旱基因林木品种 44 个，满足社会需求；规划建立四星级农业休闲示范园区，促进生态林业新兴产业发展， 以项目研究成果支撑研究生、本科生和专业林业技术人才培养。 中国林业科学研究院资源昆虫研究所为项目参与单位，合作推广黒 荆树在我国 西南地区 干热河谷地区种植。 河北科技示范学院为项目参与单位， 参与 揭示山楂种子促萌机制 ，研发建立山楂种子高低变温层积解除休眠技术，在河北地区推广应用。 江苏国色天香油用牡丹科技发展有限公司为项目合作单位，建立常州油用牡丹国家林木种质资源库，建立集种质资源、品种研发和种苗生产、牡丹籽油低温超临界 CO2萃取示范工厂。 山西潞安智华 农林科技 有限公司为项目合作单位，推广‘凤丹’矿区绿化油用产业化应用，改善山区生态环境，提升乡村综合经济效益，促进林业新产业发展。 沧州市一逸柳树育种有限公司为项目合作单位，参与柳树新品种研发推广，获植物新品种权。 农林视界（北京）科技发展有限公司为项目合作单位， 合作建设 推广柳树农工产业链，推广种植 面积 超过 20 万亩。 九、 完成人合作关系说明 项目主持人为北京林业大学生物科学与技术学院王华芳教授和尹伟伦院士 ，共同 创建天然优质耐旱基因树种选育理论技术、优良品种繁育技术体系；建设牡丹绿化油用示范区；培养研究生和技术人员 ；共同发表论文、申请获批国家发明专利 。 项目参与人北京林业大学夏新莉教授 为王华芳教授和尹伟伦院士同事 ，发现和发掘林木地上部分耐旱关键基因及其机制 。中国林业科学研究院资源昆虫研究所参与人孙永玉，主要贡献为促进 黒 荆树在我国西南干热河谷地区推广种植 ，所用 黒 荆树材料为王华芳教授引进，以该项目筛选鉴定的抗旱优良品种 。 河北科技示范学院参与人杨晓玲教授，研究建立山楂种子促萌技术，在河北地区推广应用，所用材料为该项目筛选鉴定的抗旱优良品种。项目获得柳树、‘凤丹’等其他优良抗旱树种，分别提供给江苏国色天香油用牡丹科技发展有限公司参与人杨金方建立国家牡丹种质资源库和牡丹籽油超临界 CO2 萃取工厂；山西潞安智华 农林科技 有限公司参与人李海波推广‘凤丹’矿区绿化油用项目。北京国色天成生物科技有限公司参与人晁龙军为王华芳教授博士研究生，建立天然抗旱优良树种试验示范基地，建设环北京生态圈，建立牡丹油用良种繁育工厂。北京林业大学参与人 修宇 为王华芳教授硕博连读研究生， 参与验证转录因子 FpDREB2A 基因功能；参与建立天然耐旱基因树种选育技术 ，共同发表论文 。 河北大学参与人昌艳萍 副 教授为王华芳教授博士研究生，验证 FpDREB2A 基因田间植株与环境微生物互作机制。 附件 1 科技查新报告 附件 2 项目验收结论书 附件 3 第三方评价