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刘自刚
2017-02-28 18:00   审核人:

 一、基本情况

刘自刚(1975-),男,甘肃天水人,于2000年毕业于甘肃农业大学农学院,同年分配到甘肃省农科院经济作物研究所从事油菜遗传育种研究工作;2005年6月取得农学硕士学位,2006年晋升为讲师,2010年晋升为副教授;2009年9月~2010年8月任高级访问学者;2012年至今任甘肃农业大学副教授、硕士研究生导师。

工作学习期间参与育成白菜型冬油菜“陇油7号、陇油8号、陇油9号、陇油12号、陇油14号、陇油15号、陇油16号”、白菜型春油菜“陇油3号、陇油4号”及甘蓝型“三系”杂交种“陇油5号”等油菜新品种10余个。育成首个抗-20℃甘蓝型强抗寒冬油菜新品系TS312。

主持国家及其它科研项目7项,其中主持国家自然基金项目1项,国家农业科技成果项目1项、省级项目2项、厅局级项目3项;参与“863计划”、“973计划”、国家自然基金等国家科研项目7项。获得省部级科技奖3项,其中一等奖1项(KJ2013-R1-009-03),三等奖2项(FCG-2013-3-127-02R,2001-3-051/6);申报国家专利9项,已授权4项;制定地方标准7项;出版专著2部(副主编);在《Russian Journal of Plant Physiologh》、《中国农业科学》、《作物学报》等期刊发表研究论文60余篇。

二、主要工作业绩

(一) 主要鉴定成果与通过审定品种

1. 鉴定成果2

[1]     《北方旱寒区冬油菜北移集成技术研究与示范》,甘肃省科技厅,科技成果登记表(登记号2015y0195),第二完成人。

[2]     《超强抗寒冬油菜品种陇油7号选育》,甘肃省科技厅,科技成果登记号,成果鉴定(2012y0239)(甘科鉴字[2012第0232号],第四完成人。

[3]     《油料作物新品种培育及良种示范》通过甘肃省科技成果验收(甘科验字[2014第0212号],第四完成人。

2. 参与育成油菜新品种7

[1]     陇油3号,甘肃省农作物品种审定委员会(审定号:甘审油2000001)

[2]     陇油4号,甘肃省农作物品种审定委员会(审定号:甘审油2001004)

[3]     陇油5号,甘肃省农作物品种审定委员会(审定号:甘审油2002004)

[4]     陇油12号,甘肃省农作物品种审定委员会(审定号:甘审油2014003)

[5]     陇油14号,甘肃省农作物品种审定委员会(审定号:甘审油2015003)

[6]     陇油15号,甘肃省农作物品种审定委员会(审定号:甘审油2016006)

[7]     陇油16号,甘肃省农作物品种审定委员会(审定号:甘审油2016007)

(二)承担的科研项目

1. 主持的项目

[1]     国家自然基金项目:白菜型冬油菜抗冻蛋白的结构性质及其基因冷应激的分子机制(31660404);

[2]     科技部农业科技成果转化资金项目:甘肃一熟制区冬油菜陇油9号示范推广(2008GB2G100322);

[3]     甘肃省科技重大专项项目:强优势、高产油菜品种创制及示范(1203NKDF0018);

[4]     甘肃省“三区”人才专项计划:甘肃中部区强抗寒冬油菜及其多熟制种植集成技术试验示范(GSAU-SQ-2014-19);

[5]     甘肃省教育厅科研专项:白菜型冬油菜抗冻蛋白BnAFP活性分析及其基因克隆(2015A-077)。

2. 参与的项目

[1]     国家现代农业产业技术体系:北方寒旱区冬油菜育种岗位科学家(CARS-13);

[2]     国家自然基金,白菜型油菜抗寒评价指标体系及数学模型构建(31460356);

[3]     973计划-油菜高产油量形成的分子生物学机制,(2015CB150206);

[4]     国家863计划专项-“强优势油菜杂交种的创制与应用”(2011AA10A104);

[5]     科技部农业科技成果转化资金项目:甘肃一熟制区冬油菜陇油9号示范推广(2008GB2G100322);

[6]     2009-2013,主持国家行业科技项目-北方旱寒区冬油菜北移集成技术研究与示范(200903002-4);

[7]     (2)2009-2011,参加国家863重点专项-主要农作物强优势杂交种的创制与应用(2009AA101105)--强优势甘蓝型油菜杂交种的创制与应用。

(三)获奖情况

[1]       孙万仓,张长生,刘自刚,等. 白菜型冬油菜超强抗寒系列品种的选育与应用. 农业部,中华农业科技奖,一等奖,2013

[2]       孙万仓,刘自刚,陈其鲜,等. 北方旱寒区超强抗寒冬油菜试验示范. 农业部,全国农牧渔业丰收奖,三等奖,2013

[3]       孙万仓,李  福, 刘自刚,等. 北方旱寒区超强抗寒冬油菜试验示范,甘肃省农牧渔业丰收奖,一等奖,2012

[4]       刘自刚(第六完成人)等,白菜型春油菜品种陇油3号陇油4号,甘肃省科技进步奖,三等奖,2002

(四)申请国家专利情况

授权专利

[1]     鉴定甘蓝型冬油菜和芥菜型冬油菜杂交种的方法(ZL 201510019375.7),第一完成人;

[2]     白菜型油菜花粉的离体萌发培养测定花粉活力的方法(ZL 2015 10322100.0),第一完成人。

[3]     白菜型冬油菜幼苗的抗寒剂及其使用方法(ZL 201510113320.2),第一完成人;

[4]     冬油菜根质外体抗冻蛋白的提取方法(ZL 201310313597.0),第五完成人;

[5]     白菜型冬油菜化学杀雄剂及其应用方法(专利号:ZL 2012 I 0282252.9),第五完成人;

[6]     白菜型油菜与甘蓝型油菜种间杂种鉴定的方法(专利号:ZL 201210264178.8),第三完成人;

[7]     冬油菜根质外体抗冻蛋白提取方法(专利号:ZL 201310313597.0),第五完成人;

[8]     普通光学显微镜观察抗冻蛋白液中冰晶形态的方法(专利号:ZL201310313754.8),第五完成人;

[9]     白菜型冬油菜化学杀雄剂及其应用方法(ZL 2012 1 0282252.9),第五完成人。

(五)制定标准情况

[1]       北方白菜型冬油菜品种试验记载规范(DB62/T 2643-2016)

[2]       甘肃省中部旱作区冬油菜复种甜荞栽培技术规程(DB62/T 2644-2016)

[3]     《冬油菜品种陇油7号》(DB62/T 2286-2012)

[4]       《冬油菜品种 陇油8号》(DB62/T 2645-2016)

[5]       《冬油菜品种 陇油9号》(DB62/T 2646-2016)

(六)近4年主要论著

·           论文

[1]      Z. G. Liu, W. C. Sun, Y. N. Zhao, X. C. Li, Y. Fang, J. Y. Wu, X. C. Zeng, N. N. Yang, Y. Wang, and L. He. Effects of Low Nocturnal Temperature on Photosynthetic Characteristics and Chloroplast Ultrastructure of Winter Rapeseed. Russian Journal of Plant Physiology, 2016,63(4):451-460

[2]      刘自刚, 袁金海, 孙万仓, 曾秀存, 方   彦, 王志江, 武军艳, 方   园, 李学才, 米   超. 低温胁迫下白菜型冬油菜差异蛋白质组学及光合特性分析. 作物学报,2016, 42(10): 1515-1524

[3]      刘自刚, 孙万仓, 方彦, 李学才, 杨宁宁, 武军艳, 曾秀存, 王月  夜间低温对白菜型冬油菜光合机构的影响, 中国农业科学, 2015, 04:672-682

[4]      刘自刚,孙万仓,杨宁宁,武军艳,方 彦,李学才,曾秀存,王 月. 不同生态条件下白菜型冬油菜性状差异分析. 干旱地区农业研究,2015,33(4):49-58

[5]      刘自刚, 张长生, 孙万仓, 杨宁宁,王月, 何丽, 赵彩霞, 武军艳, 方彦,曾秀存. 不同生态区冬前低温下白菜型冬油菜不同抗寒品种(系)比较.作物学报,2014,40(02):346-354

[6]      刘自刚,孙万仓,杨宁宁等,冬前低温胁迫下白菜型冬油菜抗寒性的形态及生理特征. 中国农业科学,2013,46(22): 4679-4687

[7]      曾秀存, 孙万仓, 方彦, 刘自刚, 董云, 孙佳, 武军艳, 张鹏飞, 史鹏辉, 孔德晶, 张腾国, 何丽, 赵彩霞. 白菜型冬油菜抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因的克隆、表达及其活性分析.作物学报,2013,39(8):1400-1408

[8]      杨宁宁,孙万仓,刘自刚,史鹏辉,方彦,武军艳,曾秀存,孔德晶,鲁美宏,王月. 北方冬油菜抗寒性的形态与生理机制. 中国农业科学,2014,47(3):452-461

[9]      曾秀存,孙万仓,孙佳,许耀照,方彦,史鹏辉,杨刚,孔德晶,武军艳,刘自刚. 白菜型冬油菜铁超氧化物歧化酶(Fe-SOD) 基因的克隆及表达分析. 中国农业科学,2013,46(21):4603-4611

[10]   曾秀存,刘自刚,史鹏辉,许耀照,孙佳,方彦,杨刚,武军艳,德晶,孙万仓.  白菜型冬油菜铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)基因的克隆及其在低温条件下的表达分析. 作物学报,

[11]   何 丽,孙万仓,刘自刚,武军艳,赵彩霞,史鹏辉. 白菜型冬油菜与芥菜型油菜远缘杂交亲和性分析. 西北植物学报,2013,22(3):64-69

[12]   何 丽,孙万仓,曾秀存,武军艳,方 彦,刘自刚,赵彩霞,史鹏辉.  西北植物学报,利用气孔保卫细胞周长及叶绿体数目鉴定油菜种间杂种研究. 西北植物学报,2013,33(2):280-286

[13]    赵彩霞,刘自刚,孙万仓,武军艳,何 丽,史鹏辉,张喜平,金璞余. 化学杀雄剂对白菜型冬油菜陇油6号的杀雄效果. 中国油料作物学报,2013,35(4):394-399

[14]    赵彩霞,王丽萍,孙万仓,武军艳,刘自刚,何丽,李林蔚. 化学药物GSC不同浓度对白菜型冬油菜主要性状的影响.干旱地区农业研究,2013,31(4):129-134

[15]    史鹏辉,刘自刚,张亚宏,孙万仓,孔德晶,鲁美宏,杨宁宁. 23份油菜的抗氧化酶特性及过氧化物同工酶分析. 西北农学报,2014,23(1):113-119

[16]    刘海卿,孙万仓,刘自刚,武军艳,钱武,王志江,郭仁迪,马骊,侯献飞,刘林波. 北方寒旱区白菜型冬油菜抗寒性与抗旱性评价及其关系[J]. 中国农业科学,2015,18:3743-3756.

[17]    孙万仓,曾秀存,刘自刚,杨刚,方彦,武军艳,李学才. 轮回选择对白菜型冬油菜抗寒性及经济性状的影响[J]. 中国油料作物学报,2015,04:443-452.

[18]   方彦,杨刚,孙万仓,王丽萍,张树娟,杨建胜,刘林波,刘自刚,曾秀存,武军艳. 北方地区白菜型冬油菜与春油菜的SSR和InDel遗传多样性分析[J]. 中国油料作物学报,2015,01:21-26.

[19]   方彦,孙万仓,武军艳,曾秀存,刘自刚,杨刚,杨宁宁. 芸芥自交亲和相关基因的差异显示及表达分析. 中国油料作物学报,2014, (5):580-585

[20]   赵彩霞,赵艳宁,孙万仓,尼玛卓玛,刘自刚,武军艳,方彦. 化学杀雄剂gsc和sx-1对白菜型冬油菜生理生化特性的影响. 西北植物学报, 2014,(3):516-522

[21]   武军艳,方  彦,刘翠平,孙万仓,史永弟,黄纪红,曹  杰,刘自刚,李学才. 旱寒区冬油菜苗期抗寒性与抗旱性相关性分析. 干旱地区农业研究,2014,32(2):142-146

[22]   鲁美宏,孙万仓,孔德晶,杨宁宁,刘自刚. 白菜型冬油菜不育系LRCMS花器生理生化特性及其雄蕊发育特征研究. 西北植物学报,2014,34(3):0509—0515

[23]   孙万仓, 武军艳, 方彦, 刘自刚, 曾秀存, 李学才, 史鹏辉, 何丽, 赵彩霞. 强抗寒性白菜型冬油菜品种‘陇油9号’的选育. 甘肃农业大学学报,2013-12-15

[24]   史鹏辉,刘自刚,孙万仓,张亚红,孔德静。23份油菜的抗氧化酶特性及过氧化物同工酶分析. 西北农业学报,2012,23(1):113-119

[25]   Wancang Sun, Qiyuan Pan, Zigang Liu, Yaxiong,Meng, Overcoming self-incompatibility in Eruca sativa via chemical treatment. Plant Genetic Resources, 2005, 3(1):13-18

[26]   Wancang Sun, Qiyuan Pan, Zigang Liu, Genetic Resources of Oilseed Brassica and related species in Gansu Province,China, Plant Genetic Resources, 2004, 2(3):167-173

[27]   Sun Wancang, Guanchunyun, Zhangjinwen, Meng Yaxiong, Liu Zgang,Zhangtao, RAPD Assessment of Genetic Diversity of Yunjie (Eruca sativa Mill.) in China, Agricultural Sciences in China. 2003,Vol.2 No.11 1198-1204

[28]   孙万仓,刘自刚,孟亚雄,等. 化学药剂处理克服芸芥自交不亲和效果研究. 中国油料作物学报,2004,26(1):26-31

·           专著

孙万仓,张长生,陈跃华,周吉红,刘自刚(副主编),《北方寒旱区冬油菜栽培技术》(第二章 北方冬油菜生长发育特性),中国农业出版社,19.6万字,2013;

孙万仓,刘自刚(副主编),《冬油菜北移与区划》,科学出版社,22万字,2016。

(七)主要工作业绩

1.率先育成抗-20极端低温的强抗寒甘蓝型冬油菜新品系12TS312等,为我国北方寒旱区冬油菜生产水平提升奠定了坚实基础。

育成的甘蓝型强抗寒冬油菜品系12TS312等,抗-20℃极端低温,在品系比较试验中比对照品种陇油12号增产15%以上,具有突出丰产性。为该区域现有冬油菜品种为白菜型品种,强抗寒甘蓝型冬油菜新品系12TS312等的育成,为北方寒旱区冬油菜品种类型替换和生产水平进一步提升奠定了坚实基础。

2. 育成抗超强抗寒冬油菜陇油12号等新品种4个;

我国北方地区土地辽阔,秋、冬季土地休闲,冬油菜发展潜力巨大,同时该区域气候严寒(极端最低气温为-22.7~­45.0℃)、干旱(年降雨量100-400mm)、蒸发量高(年平均蒸发量1657.1-2148.8mm),自然条件严酷,冬油菜难以越冬。根据我国北方地区发展冬油菜生产的迫切性与研究现状,以抗寒为主攻育种目标,主持育成了陇油12号、陇油14号、陇油15号、陇油16号等一批抗-30℃左右极端低温的超强抗寒冬油菜品种并应用于生产,在甘肃河西走廊、新疆、西藏、青海、宁夏、陕北、山西、河北、北京、天津等北方旱寒区越冬率达85%以上,生育期280~290天,产量200 Kg/亩以上,较当地胡麻、白菜型与芥菜型春油菜主栽品种增产30%以上,含油率 43~45%。

3. 参与实施了我国北方旱寒区冬油菜北移,使我国冬油菜种植区域由北纬35°(天水)北移至北纬40°(北京)-48°(新疆阿勒泰),北移5-13个纬度

 参与北方旱寒区冬油菜北移工作的实施,使我国冬油菜种植区域由北纬35°(天水)北移至北纬40°(北京)-48°(新疆阿勒泰),北移5-13个纬度。累计示范推广面积达到500万亩。这些品种的育成和应用,解决了我国北方冬油菜越冬问题,同时增加了北方地区冬春季植被覆盖度,减少了沙尘源,产生了重大生态效益,

4. 参与建立了以春状秋发为核心的北方寒旱区冬油菜栽培技术,为该区冬油菜种植提供技术支撑

冬油菜属我国北方寒旱区新型越冬作物,针对超强抗寒冬油菜特征特性和不同生态区的自然气候、栽培条件、产量水平以及耕作种植制度等,开展了系列栽培技术研究,提出了北方旱寒区 “秋壮春发栽”为核心的冬油菜配套栽培技术,即 “秋壮”:通过科学施肥、精量播种与适宜群体密度调控、水肥的合理配给及管理等,促进冬前壮苗;“春发”:通过冬前镇压保墒技术、雪上追肥技术等,促冬后适期早发。

同时,通过参与在北方寒旱区多生态点安排冬油菜栽培试验,提出了宁夏银川平原冬油菜丰产栽培技术、北京地区冬油菜栽培技术、新疆地区冬油菜丰产栽培技术等制定了相应的配套栽培技术。

5. 参与研制了北方寒旱区冬油菜秋壮春发栽培技术和高效种植模式,改该区一年一熟为一年两熟/两年三熟,增加复种指数,实现油粮兼丰和农田生态协同改善的有机结合

    在进行冬油菜试验示范的同时,开展了冬油菜后茬复种马铃薯、水稻、大豆、向日葵、玉米等作物的试验示范。通过效益分析总结提出了高效种植模式,为冬油菜-玉米一年两熟制;冬油菜-花生一年二熟制;冬油菜-马铃薯-冬小麦二年三熟制;冬油菜-籽瓜-冬小麦二年三熟制;冬油菜-向日葵-冬小麦二年三熟制;冬油菜-谷子/糜子-冬小麦两年三熟制;冬油菜-荞麦-冬小麦两年三熟制;冬油菜-饲草-冬小麦两年三熟制等。

6. 超强抗寒冬油菜系列品种的推广应用,在我国北方寒旱区形成了新的冬油菜种植区,其潜在面积4.84亿亩;并明确了我国北方寒旱区冬油菜种植区临界气候条件,及主要气候影响因子和贡献率;制定了北方冬油菜种植区划。

(1)超强抗寒冬油菜系列品种的推广应用,在我国北方寒旱区形成了新的冬油菜种植区

超强抗寒冬油菜系列品种的推广应用,使我国冬油菜种植区由北纬34度甘肃天水北移到北纬40度的北京和北纬48度新疆阿勒泰,冬油菜北移5-13个维度;并在我国北方长城沿线以及西藏、新疆中南部、东北南部形成一个有巨大发展潜力的冬油菜生产带,其面积达4.84亿亩以上,近期可发展面积5246.7万亩,是解决我国植物食用油脂短缺的重要途径。

(2)明确了我国北方寒旱区冬油菜种植区临界气候条件

传统的冬油菜种植区临界气候条件为:最冷月最低气温-6~-7℃,冬季负积温-423℃左右,极端低温-18℃左右。本研究根据多年北方超强抗寒冬油菜适应性研究结果,明确了北方寒旱区冬油菜种植区临界气候条件:无积雪覆盖:最冷月最低气温-9~-10℃,冬季负积温-700 ~-800℃,极端低温-30℃;冬季积雪覆盖:最冷月最低气温-11 ℃以下,冬季负积温-1612 ℃,极端低温-45 ℃左右。

(3)制定了北方冬油菜种植区划

将北方冬油菜区划分为东北冬油菜亚区、华北冬油菜亚区、鄂尔多斯高原冬油菜亚区、黄土高原冬油菜亚区、甘新绿洲冬油菜亚区、西藏高原冬油菜亚区6个亚区。

7. 参与建立了冬油菜抗寒性选择指标体系

1)冬油菜抗寒性选择的形态发育特征选择指标

超强抗寒冬油菜品种冬前匍匐生长,生长缓慢,生长点下陷,叶色深,枯叶期早;根系发达,根颈直径大,根冠比大;返青晚,生育期较长。超强抗寒冬油菜品种生长发育缓慢,五叶期较一般耐寒品种晚2~4天,枯叶期叶片少1~5叶。

2)冬油菜抗寒性选择的生理生化特性选择指标

抗寒品种地上部干物质积累低于天油2号等弱抗寒品种;地下干物质积累量大于抗寒弱的品种;根冠比约为天油2号的2倍。在低温胁迫下,超强抗寒品种SOD、POD活性、游离脯氨酸、可溶性蛋白含量高于弱抗寒品种,与越冬率的相关系数达到极显著水平,可溶性糖含量与越冬率间的相关系数达到显著水平。可根据生理生化指标进行品种抗寒性鉴定。

3)超强抗寒品种与主要冬油菜品种指纹图谱比较

利用SSR技术构建了8个抗寒性不同冬油菜品种的指纹图谱,4对引物(Ni2-F02、Ni2-c12、Ra3-E05、Ra3-C11)组合可将超强抗寒冬油菜与其它品种(系)区分开来。

4)白菜型冬油菜抗寒性评价与选择数学模型的构建

冬油菜低温半致死温度(LT50)与5~-0℃的POD变化量(X1)、0~-5℃的CAT变化量、5~0℃的可溶性蛋白变化量(X3)、10~5℃的游离脯氨酸变化量及根颈直径(X6)呈显著负相关,与0~-5℃的POD变化量(X2)、栅海比(X4)、栅栏组织厚度、叶片厚度和气孔面积(X5)呈显著正相关。

采用6个与抗寒性有显著相关性的指标建立冬油菜抗寒性评价数学模型:Y=-7.58-0.018X1-0.542X2+3.903 X3-0.002 X4+0.195X5-0.066X6,(R2=1.000)。

8. 初步阐明了超强抗寒冬油菜抗寒机理。

分离鉴定白菜型冬油菜低温差异表达蛋白质,为从蛋白质组角度揭示白菜型冬油菜抗寒机理奠定基础。以强抗寒白菜型冬油菜陇油7号为材料,采用双向电泳和质谱分析技术,比较了低温(4℃、-4℃)和常温(25/20℃)下叶片蛋白质组差异;对差异蛋白进行KO和KEGG功能分析。结果表明:低温下白菜型冬油菜陇油7号生长点下陷、植株匍匐,气孔处于关闭或半关闭状态。2-DE和PDQuest8.0.1软件分析表明,常温和4℃低温下叶片蛋白质斑点数分别726、738相对于常温处理,4℃低温下陇油7号叶片10个蛋白点特异表达、5个蛋白点未表达;MALDI-TOF-TOF MS质谱分析鉴定出11个蛋白质,参与碳水化合物代谢、糖代谢、氨基酸代谢、有机酸代谢、核酸代谢、信号转到与细胞通讯等细胞过程。鉴定的11个蛋白质中,有5个蛋白质点与光合作用有关,低温下陇油7号叶片1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)活性和净光合速率Pn下降。冰晶形态显微观察结果表明低温处理后陇油7号叶片蛋白质提取液中含有高活性抗冻蛋白(antifreeze proteins,AFPs)。低温下白菜型冬油菜蛋白质组发生明显变化,并出现特异表达蛋白质;叶片Pn下降与RuBPCase表达抑制和活性降低有关,非气孔限制是Pn下降的主要因素;高活性抗冻蛋白在白菜型冬油菜抗寒中发挥重要作用.

 

 

 

上一条:安力副研究员
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