分子育種“定制”大豆

分子育種“定制”大豆

大豆，作為重要的糧食作物，我國進口量高達85%，自產(chǎn)率卻不足15%，而主產(chǎn)區(qū)東北的大豆產(chǎn)量則占全國產(chǎn)量的60%。促進東北大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展，意義十分重大。

劉寶輝和馮獻忠研究員領銜的中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆分子設計育種重點實驗室團隊，近年來在不斷突破，通過分子育種的方式，試圖實現(xiàn)大豆的“定制化”生產(chǎn)。

1 揭秘大豆光周期

“大豆的發(fā)育期主要與光周期有關。目前已知的10個與大豆光周期有關的基因研究，我們參與了6個，在這方面的研究處于領先水平”。馮獻忠對《中國科學報》記者這樣說。

光周期現(xiàn)象，是生物對晝夜光暗循環(huán)格局的反應。大多數(shù)一年生植物的開花決定于每日日照時間的長短。自20世紀20年代，科學家們以大豆等作物為材料研究光周期現(xiàn)象。近百年來，人們對該現(xiàn)象的研究在模式作物擬南芥及水稻中取得了一系列的突破性進展。

大豆是一種敏感的短日照作物。東北是我國大豆主產(chǎn)區(qū)，適應于高緯度地區(qū)種植的大豆栽培種必須具有對光周期不敏感性，否則在早霜來臨前大豆不能正常成熟，造成減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。

此前，科學家通過遺傳學方法明確了大豆生育期位點E1至E8及J等位點，其中E1、E3、E4及E7與大豆光周期反應密切相關。近年來，劉寶輝所在的大豆分子育種團隊與國外研究者進行相關合作，已經(jīng)完成了對大豆幾個主要生育期基因E1、E2、E3和E4的克隆。

事實上，與大豆光周期相關的研究，最終是為了服務于大豆的分子設計育種工作。

2 分子育種的未來

科研人員告訴記者，從國內(nèi)外優(yōu)良品種的培育現(xiàn)狀與發(fā)展歷史來看，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，對于開展分子設計育種越為有利。大豆光周期基因的研究不僅可以使科學家能直接用于分子設計育種，而且還對大豆中與產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的研究提供成功的范例。

我國大豆生產(chǎn)當前處于一個重要時期，國內(nèi)大豆種植面積逐年下降，國內(nèi)生產(chǎn)總量占國內(nèi)總消費量的比例越來越小。究其原因，大豆的種植不但受到其他高產(chǎn)高效益糧食作物影響，而且還與國外廉價的轉基因大豆的大量進口有關。如果科學家能夠成功揭開大豆光周期的奧秘，將有可能推動大豆種植邊界的前移和種植面積的擴大。

馮獻忠說“傳統(tǒng)育種是要靠經(jīng)驗，但我們想推動大豆的育種進入基因組時代。這樣不但可以加快育種的速度，還可以人為操作。2010年，大豆的基因測序基本完成，意味著這個方向大有可為”。目前他們在進行大豆功能基因組的研究，已經(jīng)建立了40萬個樣本的大豆突變體庫，研究其每個基因的功能。

馮獻忠說“目前，我們所做的分子設計育種，是先有方案后有產(chǎn)品。比如，我們已經(jīng)能夠通過技術控制豆莢里面結2?；蛘?粒。一些晚熟的品種，通過我們的分子設計手段，也能讓它早熟”。

3 發(fā)力東北豆業(yè)

科技的作用最終還是要服務于國計民生。在探索分子育種的同時，劉寶輝和馮獻忠團隊也不斷研發(fā)新的大豆良種。

自20世紀80年代開始，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所就開始進行大豆的育種研究，目前已有11個品種問世，在黑龍江大豆主產(chǎn)區(qū)，該所的大豆品種占據(jù)了一定的優(yōu)勢。2014年，該所研發(fā)的東生77號在哈爾濱市獲得大面積推廣，進一步提高了大豆產(chǎn)量。

目前，相較于玉米，大豆在東北的種植面積在逐漸減少。這是因為種植玉米的收入相較于種植大豆收入要高出100元/667m2左右。但馮獻忠認為，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應當是本身具有自我修復和平衡的穩(wěn)定系統(tǒng)，大豆是最好的固氮植物，多種植大豆可以減少施肥。從這個意義上來說，應當多輪作大豆。

目前，他們的最新成果——東生77號在通過黑龍江省的審定后，將要大面積的推廣。這一新品種主打高產(chǎn)、高蛋白，營養(yǎng)價值和經(jīng)濟利益都很高。馮獻忠希望，能夠借此使大豆種植戶得到實惠。

近期，他們培育出的大豆品種東生10號正式獲得農(nóng)業(yè)部國家農(nóng)作物品種審定委員會頒發(fā)的國家農(nóng)作物品種審定證書，這是中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所培育的大豆東生系列品種獲得的第4個國家農(nóng)作物品種審定證書。

據(jù)了解，東生10號是高油型中早熟春大豆品種，北方春播生育期117 d。單株有效莢數(shù)37.1個，單株粒數(shù)85.6粒，單株粒重15.9 g，籽粒粗蛋白含量38.45%，粗脂肪含量22.06%。該品種曾于2011、2012年參加北方春大豆中早熟組品種區(qū)域試驗，2年平均產(chǎn)量190.1 kg/667m2，較比照增產(chǎn)3.4%，2013年生產(chǎn)試驗，平均產(chǎn)量186.1 kg/667m2，較比照增產(chǎn)3.0%。該品種的推廣，將有望給大豆種植戶帶來更多的福利。

我國是大豆的原產(chǎn)地，是世界上著名的大豆生產(chǎn)國，北自黑龍江省呼瑪縣，南至西沙群島，東起烏蘇里江和臺灣，西迄新疆喀什和西藏察隅，均有大豆種植。但因為溫度、水分、光照等因素的差異，目前南北方種植的大豆不大相同，不能互通。展望未來，馮獻忠希望，在理想狀態(tài)下，通過對10個基因的改良，讓南方和北方的大豆都可以相互種植。當然，這一切需要科研人員更多的努力。

（摘編自《中國科學報》）