馮(feng) 獻忠介紹實驗室裏陳列的不同品種的大豆標本。辛雨攝

■本報見習(xi) 記者 辛雨

“這是最新審定通過的高油、高產(chan) 大豆新品種，個(ge) 個(ge) 株高、粒大。”中國科學院東(dong) 北地理與(yu) 農(nong) 業(ye) 生態研究所研究員馮(feng) 獻忠向《中國科學報》介紹了實驗室裏陳列的不同品種的大豆標本。

日前，馮(feng) 獻忠團隊通過分子設計育種技術選育的大豆新品種“東(dong) 生118”“東(dong) 生119”“東(dong) 生120”，以及與(yu) 吉林省吉林市農(nong) 業(ye) 科學院合作選育的大豆新品種“九農(nong) 403”，通過了吉林省農(nong) 作物品種審定委員會(hui) 審定。這幾個(ge) 新品種是團隊通過全基因選擇設計育種方案，定向改良提高大豆產(chan) 量和含油量等重要農(nong) 藝性狀培育而成的。

近年來，馮(feng) 獻忠團隊在環境友好型大豆分子設計育種，以及大豆高產(chan) 、優(you) 質、養(yang) 分高效利用、抗病等控製大豆重要農(nong) 藝性狀基因的發掘等方麵取得了一係列成果，尤其為(wei) 改善東(dong) 北黑土地作物種植結構和減肥減藥提供了優(you) 良的大豆新品種。

分子設計育種潛力大

來自中國海關(guan) 的統計數據顯示，2020年我國累計進口大豆首次超過1億(yi) 噸，較2019年進口增加1182萬(wan) 噸。大豆產(chan) 需缺口巨大，高度依賴進口，作為(wei) 全球最大的大豆進口國，我國大豆穩定供應麵臨(lin) 嚴(yan) 峻考驗。

立足國內(nei) 生產(chan) ，提高國產(chan) 大豆產(chan) 量，逐步降低對進口大豆的過度依賴，有助於(yu) 緩解國內(nei) 糧食結構性短缺問題，更好地保障國家糧食安全。在種植麵積難以大規模提高的情況下，提高大豆產(chan) 量的另一途徑，在於(yu) 依靠科技力量增加畝(mu) 產(chan) 量。

這就需要依靠科研人員持續攻關(guan) ，選育出更多高產(chan) 、穩產(chan) 的優(you) 質品種，在有限的土地上持續提高大豆產(chan) 量，保障國內(nei) 食用豆製品供給。“采用國際上先進的品種分子設計手段，是目前實現國產(chan) 大豆育種突破的最佳途徑。”馮(feng) 獻忠說。

2007年起，馮(feng) 獻忠帶領團隊率先在國內(nei) 建立了大豆突變體(ti) 數據庫，開始從(cong) 事大豆分子設計育種工作，試圖實現大豆的“定製化”生產(chan) 。

“從(cong) 國內(nei) 外優(you) 良品種的培育現狀與(yu) 發展曆史來看，分子設計育種代表著未來的方向，在大豆中明確的功能基因越多，對於(yu) 開展分子設計育種越有利。”馮(feng) 獻忠告訴《中國科學報》。

相較於(yu) 傳(chuan) 統育種，分子設計育種有其特有優(you) 勢。馮(feng) 獻忠解釋道：“傳(chuan) 統育種主要靠經驗。在如今的基因組時代下，我們(men) 探索的大豆分子設計育種可以通過定向選育，加快育種速度，這個(ge) 方向的提升空間很大。”

在馮(feng) 獻忠看來，分子設計育種的核心是在全基因組的基礎上，對種子性狀進行基因重塑。“分子設計育種就好比是蓋房子，我們(men) 不僅(jin) 要對大豆每塊‘磚’的樣子了如指掌，還要對每間‘房’的功能進行提前設計和規劃。”

全基因組支持擇優(you) 選種

馮(feng) 獻忠團隊從(cong) 大豆6萬(wan) 個(ge) 基因中找到了負責生育的基因，並進行了基因控製和改良，從(cong) 而培育出了改變成熟生育期的全新大豆品種。

“我們(men) 通過分子設計手段，采用不同優(you) 良等位基因來控製大豆的性狀，比如讓豆莢裏麵結兩(liang) 粒或者三粒，讓晚熟的品種早熟。”馮(feng) 獻忠表示，改良後的大豆莖稈更強、抗倒伏性好，在種植密度加大的情況下果實飽滿、蛋白質含量高，從(cong) 而保證了高產(chan) 量。

此外，研究團隊還開發了大豆株型智能自動獲取技術、大豆葉型定量分析技術、大豆莢粒數性狀定量分析技術和種子形態分析和自動獲取技術，實現了大豆重要農(nong) 藝性狀的定量分析比較。

馮(feng) 獻忠介紹：“我們(men) 建立了5124份大豆表型組數據、2537份大豆重測序數據、1738份大豆轉錄組數據形成的多組學整合數據庫，掌握了控製大豆重要農(nong) 藝性狀基因的7025個(ge) 遺傳(chuan) 位點。這些多組學數據為(wei) 分子育種提供了理論基礎。”

針對大豆育種遺傳(chuan) 基礎狹窄及優(you) 異種質資源貧乏的問題，馮(feng) 獻忠團隊以核心大豆骨幹親(qin) 本為(wei) 材料，采用物理和化學誘變的方法，創製了容量為(wei) 40萬(wan) 株係的大豆突變群體(ti) ，建立了大豆飽和基因突變庫和優(you) 良變異材料庫。

馮(feng) 獻忠告訴記者：“我們(men) 已檢測到800多萬(wan) 個(ge) 大豆基因組新變異，98%以上的大豆基因平均有3個(ge) 以上的錯義(yi) 等位突變，並在此基礎上建立了5套高效分子標記鑒定方法、3套快速基因定位和克隆方法，以及237個(ge) 開發育種可用分子標記。”

在此基礎上，研究團隊克隆和鑒定了56個(ge) 調控大豆高產(chan) 、優(you) 質、抗逆和生育期的重要基因，選育了778份優(you) 異育種材料，為(wei) 大豆新品種培育挑選出了優(you) 異材料和靶標基因。

刷新大豆單產(chan) 紀錄

2018年，馮(feng) 獻忠領導的國家重點研發團隊培育的大豆新品種“合農(nong) 91”創造了畝(mu) 產(chan) 423.77公斤的全國大豆單產(chan) 紀錄；2019年，“合農(nong) 71”大豆新品種畝(mu) 產(chan) 447.47公斤，再次刷新紀錄。

“與(yu) 玉米畝(mu) 產(chan) 1000公斤相比，我國大豆的平均畝(mu) 產(chan) 僅(jin) 有130公斤左右。”馮(feng) 獻忠介紹，大幅刷新大豆單產(chan) 紀錄的主要原因之一是改良了大豆高產(chan) 基因和株型結構。2020年，馮(feng) 獻忠團隊培育的“東(dong) 生104”“東(dong) 生105”“東(dong) 生112”通過審定，2021年“東(dong) 生118”“東(dong) 生119”和 “東(dong) 生120”通過審定。“東(dong) 生”係列分子設計育種大豆新品種的成功培育，對提高我國東(dong) 北大豆產(chan) 量以及實現東(dong) 北大豆品種更新換代具有裏程碑式意義(yi) 。

馮(feng) 獻忠團隊將分子設計育種選育出的一批高蛋白、高產(chan) 、高油大豆新品種推向了市場。去年，他們(men) 在新疆大豆適宜區結合水肥一體(ti) 化技術試種的“東(dong) 生104”品種，畝(mu) 產(chan) 超過400公斤。

“隨著大豆產(chan) 量的大幅提高，國產(chan) 大豆的種植效益也將提升，有利於(yu) 促進大豆的大麵積種植。”馮(feng) 獻忠認為(wei) ，從(cong) 生態角度來說，種植玉米等農(nong) 作物代價(jia) 較大，而大豆本身是固氮作物，種植大豆可實現土地可持續綠色發展。

他表示，大豆種植麵積的擴大不僅(jin) 能增加吉林省的大豆產(chan) 量，優(you) 化種植結構，還可推進大豆與(yu) 玉米輪作，對緩解生態資源壓力、保護寶貴的黑土地資源、促進耕地休養(yang) 生息、提高糧食生產(chan) 能力具有十分重要的作用。

“分子設計育種技術是我們(men) 的優(you) 勢，讓我們(men) 有信心、有決(jue) 心為(wei) 國家重大戰略服務。”目前，馮(feng) 獻忠團隊正與(yu) 巴西、俄羅斯及非洲等國家相關(guan) 機構合作，組織實施“全球大豆改良計劃”，為(wei) 保障世界大豆安全供給提供“中國方案”。