2020年，我國大豆平均畝產(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下，大豆畝產(chǎn)水平的提高，得益于育種科技的進步。

大豆是重要的油料和蛋白飼料作物之一。我國的大豆消費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，我國食用大豆年均消費量約為1600萬噸，壓榨大豆年均消費量為9000萬噸，大豆年均消費總量超過1億噸，比“十二五”期間增長30%，預計“十四五”期間我國大豆年均消費量將在1.2億噸左右。

2020年，我國大豆平均畝產(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下，大豆畝產(chǎn)水平的提高，得益于育種科技的進步。”3月28日，中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)科學院副院長萬建民告訴科技日報記者。

“面對大豆消費需求的不斷增長，我國大豆總產(chǎn)量還需提高。”北京大北農(nóng)生物技術公司南美業(yè)務負責人于彩虹在接受科技日報記者采訪時表示，隨著種植結(jié)構調(diào)整及“大豆振興計劃”的實施，近年來我國大豆實現(xiàn)穩(wěn)定增產(chǎn)。我國生物育種技術自主培育的大豆品種也開始大范圍推廣，并逐漸走向國際。

長童期基因J 讓低緯度地區(qū)也能種植大豆

“由于大豆種植效益偏低，國內(nèi)相當一部分大豆生產(chǎn)用地屬于營養(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重制約了優(yōu)良大豆品種的產(chǎn)量潛力發(fā)揮。”于彩虹說。

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鍵是，挖掘大豆育種關鍵基因，改良和創(chuàng)制優(yōu)異的育種基礎材料，構建分子育種平臺，發(fā)展智能設計育種。”于彩虹說。

她舉了一個例子，大豆是光周期敏感的短日照作物。大豆對光周期的反應通常影響著成熟期的長短，從而影響產(chǎn)量。具體表現(xiàn)為同一品種在高緯度地區(qū)光照時間長、開花晚、成熟晚、產(chǎn)量高;而在低緯度地區(qū)光照時間短，則開花期提前，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)則長期被認為不適于大豆的種植及生產(chǎn)。大豆長童期性狀在上世紀70年代被發(fā)現(xiàn)，并成功應用于低緯度地區(qū)大豆育種。上世紀90年代，研究發(fā)現(xiàn)J是控制大豆長童期性狀的關鍵位點，然而其編碼基因和分子調(diào)控機制一直未明確。

2016年，華南農(nóng)業(yè)大學年海課題組和中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學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多世紀的大豆長童期基因J，并揭示了J來自中國、美國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，廣州大學教授孔凡江、劉寶輝團隊及其合作者團隊先后在《自然·遺傳學》雜志上發(fā)表兩篇論文，報道了大豆長童期關鍵基因J的克隆及進化機制研究成果，揭示了大豆光周期調(diào)控開花的分子調(diào)控網(wǎng)絡，系統(tǒng)闡釋了大豆中高緯度適應的多基因進化機制。

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

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

首個大豆泛基因組 為推進分子育種奠定基礎

高質(zhì)量參考基因組是作物育種基礎研究和應用研究的基礎。我國科學家曾經(jīng)成功對大豆品種“中黃13”參考基因組進行了組裝和注釋，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，大豆分子設計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，中國科學院田志喜、梁承志、韓斌等研究者通過全基因組重測序?qū)θ?898份具有遺傳多樣性的大豆種質(zhì)材料進行分析和鑒定，進而構建了世界首個大豆泛基因組。

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)價值，其中“滿倉金”“十勝長葉”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”等上百個優(yōu)良新品種，這些品種被各個大豆主產(chǎn)區(qū)大面積推廣種植。

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

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

此外，“十三五”期間，國內(nèi)科研院所還通過全基因組關聯(lián)分析、連鎖分析，基因組重測序等分子手段，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的關鍵基因，解析了一批新基因的功能和重要性狀形成的分子機制，構建了大豆分子育種平臺。

大豆育種特征 從以產(chǎn)量為核心走向區(qū)域化“定制”

我國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，近年來國內(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，才能有效提高國內(nèi)大豆總產(chǎn)量。”于彩虹說。

“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、管理輕簡化的多元化方向發(fā)展，以滿足不同大豆生態(tài)區(qū)對品種的個性化需求。

隨著大壟密植、淺埋滴管、免耕覆秸等技術模式的不斷成熟，良種良法結(jié)合，刷新了小面積高產(chǎn)紀錄，創(chuàng)造了大面積高產(chǎn)典型。萬建民說：“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，是我國種植區(qū)域緯度跨度最大的大豆品種。”

于彩虹也舉例說，“黑科56”“黑科60”等超早熟大豆品種的育成，使我國大豆種植區(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)機械化免耕覆秸種植對品種的新需求;“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。

關鍵詞： 育種科技 大豆增產(chǎn) 黑科技