2020年，我國(guó)大豆平均畝產(chǎn)132.4公斤，比2016年提高11%。在主產(chǎn)區(qū)立地條件欠佳的不利形勢(shì)下，大豆畝產(chǎn)水平的提高，得益于育種科技的進(jìn)步。

大豆是重要的油料和蛋白飼料作物之一。我國(guó)的大豆消費(fèi)需求包括食用大豆和壓榨(油用及飼用)大豆兩大類。“十三五”期間，我國(guó)食用大豆年均消費(fèi)量約為1600萬(wàn)噸，壓榨大豆年均消費(fèi)量為9000萬(wàn)噸，大豆年均消費(fèi)總量超過(guò)1億噸，比“十二五”期間增長(zhǎng)30%，預(yù)計(jì)“十四五”期間我國(guó)大豆年均消費(fèi)量將在1.2億噸左右。

2020年，我國(guó)大豆平均畝產(chǎn)132.4公斤，比2016年提高11%。“在主產(chǎn)區(qū)立地條件欠佳的不利形勢(shì)下，大豆畝產(chǎn)水平的提高，得益于育種科技的進(jìn)步。”3月28日，中國(guó)工程院院士、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長(zhǎng)萬(wàn)建民告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

“面對(duì)大豆消費(fèi)需求的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)大豆總產(chǎn)量還需提高。”北京大北農(nóng)生物技術(shù)公司南美業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人于彩虹在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，隨著種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及“大豆振興計(jì)劃”的實(shí)施，近年來(lái)我國(guó)大豆實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增產(chǎn)。我國(guó)生物育種技術(shù)自主培育的大豆品種也開(kāi)始大范圍推廣，并逐漸走向國(guó)際。

長(zhǎng)童期基因J 讓低緯度地區(qū)也能種植大豆

“由于大豆種植效益偏低，國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分大豆生產(chǎn)用地屬于營(yíng)養(yǎng)水分失衡的非優(yōu)耕地，干旱、澇害、土壤鹽堿化等非生物脅迫因素嚴(yán)重制約了優(yōu)良大豆品種的產(chǎn)量潛力發(fā)揮。”于彩虹說(shuō)。

傳統(tǒng)大豆育種方法主要依賴于表型選擇，效率較低，而生物育種技術(shù)能夠顯著提升大豆性狀改良與品種創(chuàng)新效率，有助于高效培育具備綜合抗逆性的環(huán)境友好型品種。

“大豆生物育種策略的關(guān)鍵是，挖掘大豆育種關(guān)鍵基因，改良和創(chuàng)制優(yōu)異的育種基礎(chǔ)材料，構(gòu)建分子育種平臺(tái)，發(fā)展智能設(shè)計(jì)育種。”于彩虹說(shuō)。

她舉了一個(gè)例子，大豆是光周期敏感的短日照作物。大豆對(duì)光周期的反應(yīng)通常影響著成熟期的長(zhǎng)短，從而影響產(chǎn)量。具體表現(xiàn)為同一品種在高緯度地區(qū)光照時(shí)間長(zhǎng)、開(kāi)花晚、成熟晚、產(chǎn)量高;而在低緯度地區(qū)光照時(shí)間短，則開(kāi)花期提前，成熟較早，產(chǎn)量低。歷史上大豆馴化與選育主要在中高緯度地區(qū)完成，而低緯度地區(qū)則長(zhǎng)期被認(rèn)為不適于大豆的種植及生產(chǎn)。大豆長(zhǎng)童期性狀在上世紀(jì)70年代被發(fā)現(xiàn)，并成功應(yīng)用于低緯度地區(qū)大豆育種。上世紀(jì)90年代，研究發(fā)現(xiàn)J是控制大豆長(zhǎng)童期性狀的關(guān)鍵位點(diǎn)，然而其編碼基因和分子調(diào)控機(jī)制一直未明確。

2016年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)年海課題組和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所韓天富課題組在《分子植物》上發(fā)表論文，闡述了研究者們尋找了半個(gè)多世紀(jì)的大豆長(zhǎng)童期基因J，并揭示了J來(lái)自中國(guó)、美國(guó)和巴西等不同品種大豆各生育期的分布規(guī)律;2017年和2020年，廣州大學(xué)教授孔凡江、劉寶輝團(tuán)隊(duì)及其合作者團(tuán)隊(duì)先后在《自然·遺傳學(xué)》雜志上發(fā)表兩篇論文，報(bào)道了大豆長(zhǎng)童期關(guān)鍵基因J的克隆及進(jìn)化機(jī)制研究成果，揭示了大豆光周期調(diào)控開(kāi)花的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)闡釋了大豆中高緯度適應(yīng)的多基因進(jìn)化機(jī)制。

長(zhǎng)童期基因J可以作為改良大豆短日照高溫適應(yīng)能力的分子靶點(diǎn)。大豆具有了長(zhǎng)童期性狀就可在短日照條件下，延長(zhǎng)成熟期并提高產(chǎn)量。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)童期基因J促進(jìn)了光周期開(kāi)花，且該基因突變型可推遲低緯度短日照條件下大豆開(kāi)花時(shí)間，使大豆產(chǎn)量比野生型提高30%—50%。此外，長(zhǎng)童期基因J上至少存在著8種功能缺失型等位變異位點(diǎn)，在育種中導(dǎo)入相關(guān)位點(diǎn)有助大豆品種在我國(guó)南方低緯度地區(qū)大面積推廣和種植，縮小大豆種植的地區(qū)差距。

“長(zhǎng)童期性狀在育種上的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，使得大豆的種植在低緯度地區(qū)快速擴(kuò)展，從而使巴西等地迅速成長(zhǎng)為世界上主要的大豆生產(chǎn)國(guó)與出口國(guó)，顯著改變了世界大豆的生產(chǎn)形勢(shì)。”于彩虹說(shuō)。

首個(gè)大豆泛基因組 為推進(jìn)分子育種奠定基礎(chǔ)

高質(zhì)量參考基因組是作物育種基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)。我國(guó)科學(xué)家曾經(jīng)成功對(duì)大豆品種“中黃13”參考基因組進(jìn)行了組裝和注釋，然而不同大豆種質(zhì)資源之間存在較大的遺傳變異，單一或少數(shù)基因組不能代表大豆群體的所有遺傳變異，大豆分子設(shè)計(jì)育種亟須能夠代表不同大豆種質(zhì)材料的全新基因組資源。

2020年，中國(guó)科學(xué)院田志喜、梁承志、韓斌等研究者通過(guò)全基因組重測(cè)序?qū)θ?898份具有遺傳多樣性的大豆種質(zhì)材料進(jìn)行分析和鑒定，進(jìn)而構(gòu)建了世界首個(gè)大豆泛基因組。

本次泛基因組研究所選用的大豆種質(zhì)材料具有重要的育種和生產(chǎn)價(jià)值，其中“滿倉(cāng)金”“十勝長(zhǎng)葉”等種質(zhì)材料作為骨干核心親本已各自培育出“黑河43”“齊黃34”等上百個(gè)優(yōu)良新品種，這些品種被各個(gè)大豆主產(chǎn)區(qū)大面積推廣種植。

“分子標(biāo)記輔助選擇、全基因組選擇等是分子育種的代表性技術(shù)，其旨在對(duì)大豆內(nèi)源基因進(jìn)行聚合或修飾，賦予大豆新的性狀，而這些育種技術(shù)的應(yīng)用都依賴于對(duì)大豆功能基因組的深入研究和全面了解。”于彩虹說(shuō)。

因此，大豆泛基因組和相關(guān)自然群體遺傳變異的發(fā)布為大豆育種技術(shù)研究提供了重要的資源和平臺(tái)，也為推進(jìn)大豆分子設(shè)計(jì)育種、提升大豆產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。

此外，“十三五”期間，國(guó)內(nèi)科研院所還通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析、連鎖分析，基因組重測(cè)序等分子手段，鑒定克隆了一系列與大豆產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性、生育期等重要性狀相關(guān)的關(guān)鍵基因，解析了一批新基因的功能和重要性狀形成的分子機(jī)制，構(gòu)建了大豆分子育種平臺(tái)。

大豆育種特征 從以產(chǎn)量為核心走向區(qū)域化“定制”

我國(guó)大豆種植主要分布于黑龍江、安徽、內(nèi)蒙古、吉林、河南等省份，近年來(lái)國(guó)內(nèi)大豆平均畝產(chǎn)有一定提高，但仍處于較低水平，大豆種植綜合收益不佳。

“我國(guó)大豆種植區(qū)域廣，不同產(chǎn)區(qū)地理環(huán)境差異大，而大豆的光周期反應(yīng)敏感性一定程度上限制了品種的廣適性，需培育適宜不同地區(qū)的區(qū)域型大豆品種，才能有效提高國(guó)內(nèi)大豆總產(chǎn)量。”于彩虹說(shuō)。

“十三五”期間，大豆新品種的培育從以產(chǎn)量為核心向優(yōu)質(zhì)專用、抗病抗逆、資源高效、管理輕簡(jiǎn)化的多元化方向發(fā)展，以滿足不同大豆生態(tài)區(qū)對(duì)品種的個(gè)性化需求。

隨著大壟密植、淺埋滴管、免耕覆秸等技術(shù)模式的不斷成熟，良種良法結(jié)合，刷新了小面積高產(chǎn)紀(jì)錄，創(chuàng)造了大面積高產(chǎn)典型。萬(wàn)建民說(shuō)：“比如，‘中黃37’蛋白質(zhì)含量高、籽粒大，成為黃淮海地區(qū)主栽品種之一;‘中黃30’抗旱耐蔭，成為西北地區(qū)主栽品種;‘中黃901’早熟高產(chǎn)，抗大豆灰斑病，適宜東北北部種植;‘中黃39’適宜種植區(qū)域從北緯20度到40度，是我國(guó)種植區(qū)域緯度跨度最大的大豆品種。”

于彩虹也舉例說(shuō)，“黑科56”“黑科60”等超早熟大豆品種的育成，使我國(guó)大豆種植區(qū)向東北北部第六積溫帶等高寒地區(qū)拓展;“齊黃34”“中黃301”等耐密抗倒品種的育成，有效地滿足了黃淮海地區(qū)機(jī)械化免耕覆秸種植對(duì)品種的新需求;“中豆41”“南農(nóng)99-6”等品種育成與推廣提高了南方地區(qū)大豆品種的耐高溫干旱能力。

關(guān)鍵詞： 育種科技 大豆增產(chǎn) 黑科技