我國(guó)大豆分子設(shè)計(jì)育種成果與展望

田志喜 劉寶輝 楊艷萍 李 明 姚 遠(yuǎn) 任小波 薛勇彪

1 中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所 北京 100101

2 中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 哈爾濱 150081

3 中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心 北京 100190

4 中國(guó)科學(xué)院 重大科技任務(wù)局 北京 100864

1 我國(guó)大豆產(chǎn)業(yè)與科研現(xiàn)狀

1.1 大豆是我國(guó)食用油和飼料的主要來(lái)源，供需矛盾日益突出

大豆是重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，為人類提供豐富優(yōu)質(zhì)的油脂和蛋白資源。無(wú)論大豆油還是作為飼料的豆粕，我國(guó)一直都是消費(fèi)大國(guó)，消費(fèi)量居世界第一位。僅 2017 年，我國(guó)消費(fèi)大豆油 1 740 萬(wàn)噸，占全球消費(fèi)總量的 30.9%；消費(fèi)豆粕 7 407 萬(wàn)噸，占全球消費(fèi)總量的 31.7%①USDA. https://apps.fas.usda.gov/psdonline/app/index.html#/app/advQuery.。

隨著人口增長(zhǎng)、人民生活水平提高和飲食結(jié)構(gòu)的變化，我國(guó)對(duì)大豆的需求逐年增加，供求矛盾日益突出。1995 年以前我國(guó)一直是大豆凈出口國(guó)。1995 年，國(guó)家調(diào)整大豆進(jìn)出口政策，增加進(jìn)口，減少出口，我國(guó)首次成為大豆進(jìn)口國(guó)，隨后呈逐年上升趨勢(shì)。2000 年進(jìn)口突破 1 000 萬(wàn)噸，2010 年突破 5 000 萬(wàn)噸，2017 年高達(dá) 9 553 萬(wàn)噸。目前，我國(guó)大豆對(duì)外依存度高達(dá) 87% 以上，為世界最大的大豆進(jìn)口國(guó)，且 2017 年的進(jìn)口主要來(lái)源于巴西、美國(guó)和阿根廷，分別占我國(guó)進(jìn)口總量的 53%、34% 和 7%②農(nóng)業(yè)部市場(chǎng)與經(jīng)濟(jì)信息司。農(nóng)產(chǎn)品供需形勢(shì)分析月報(bào)。[2018-02-11]。http://www.moa.gov.cn/ztzl/nybrl/rlxx/201802/P020180211534950278328.pdf。。

1.2 我國(guó)大豆生產(chǎn)和科研水平落后于美國(guó)

自 1978 年以來(lái)，經(jīng)過(guò)大豆育種學(xué)家的不懈努力，我國(guó)已經(jīng)培育了 1 800 多個(gè)大豆新品種，在生產(chǎn)上品種更換了 4—5 次，使大豆單產(chǎn)提高 140%。但是，與國(guó)外大豆主要生產(chǎn)國(guó)相比，我國(guó)大豆單產(chǎn)還有很大差距。目前，巴西、美國(guó)和阿根廷等大豆生產(chǎn)大國(guó)的大豆平均產(chǎn)量已經(jīng)高于 3 000 公斤/公頃（相當(dāng)于 200 公斤/畝）；與之相比，我國(guó)大豆平均單產(chǎn)長(zhǎng)期以來(lái)在 120 公斤/畝左右徘徊。

近年來(lái)，我國(guó)大豆科研水平有了明顯提升，但與美國(guó)相比，還有相當(dāng)大的差距。對(duì) 1916—2017 年間大豆相關(guān)研究的 SCI 論文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，美國(guó)以絕對(duì)的數(shù)量和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)占據(jù)全球大豆研究發(fā)文量的首位，其研究論文總量占全球總發(fā)文量的 44%，且發(fā)文量排名前 10 位的機(jī)構(gòu)均來(lái)自美國(guó)，Top10% 的高被引論文數(shù)量也排名第一，占高被引論文總量的一半以上。在大豆相關(guān)發(fā)明專利授權(quán)數(shù)量上，美國(guó)也雄踞榜首。通過(guò)大豆核心專利的技術(shù)布局分析發(fā)現(xiàn)，核心專利和相關(guān)技術(shù)主要掌握在孟山都、陶氏-杜邦等美國(guó)公司手中，這些公司通過(guò)對(duì)大豆種子技術(shù)的掌控來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈源頭的壟斷。在育種技術(shù)上，美國(guó)育種公司已經(jīng)開始了分子育種，而我國(guó)基本以傳統(tǒng)育種方式為主，在育種效率和對(duì)具體性狀的精確改良上明顯落后于美國(guó)。

2 大豆分子模塊設(shè)計(jì)育種成果

通過(guò)中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”的實(shí)施，我國(guó)在分子模塊鑒定、分子模塊耦合效應(yīng)解析、初級(jí)分子模塊設(shè)計(jì)品種培育等方面都取得了較好的進(jìn)展，初步建立了大豆分子模塊設(shè)計(jì)育種體系。相關(guān)研究成果發(fā)表于 Nature Biotechnology、Nature Genetics、Molecular Plant 等國(guó)際期刊，申請(qǐng)和獲得發(fā)明專利 20 多項(xiàng)。

2.1 分子模塊鑒定

大豆是光周期敏感的短日照植物，這限制了大豆的種植區(qū)域。中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所（以下簡(jiǎn)稱“東北地理所”）孔凡江和劉寶輝團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱“遺傳發(fā)育所”）田志喜團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院華南植物園侯興亮團(tuán)隊(duì)合作，克隆了大豆長(zhǎng)童期基因 J。該基因突變型可推遲低緯度條件下（短日照）大豆開花時(shí)間，比野生型提高產(chǎn)量 30%—50%。通過(guò)功能分析揭示了大豆特異的光周期調(diào)控開花的 PHYA(E3E4)-J-E1-FT 遺傳網(wǎng)絡(luò)模型。群體遺傳學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，J 基因在適應(yīng)低緯度大豆品種中至少存在8種功能缺失型等位變異，該研究為大豆在低緯度地區(qū)的生產(chǎn)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究結(jié)果于 2017 年發(fā)表在 Nature Genetics[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊 Nature Plants、Chinese Bulletin of Botany 等作了專文評(píng)述：“研究結(jié)果為大豆熱帶地區(qū)適應(yīng)性理論的揭示和應(yīng)用打開了一扇大門”。此研究成果入選了《國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目?jī)?yōu)秀成果選編（七）》。

百粒重是大豆產(chǎn)量的重要構(gòu)成因子，受多個(gè)遺傳位點(diǎn)調(diào)控，目前有關(guān)大豆百粒重基因的克隆和種子形成的分子機(jī)制研究還較少。遺傳發(fā)育所張勁松和陳受宜究團(tuán)隊(duì)與黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院滿為群和來(lái)永才等團(tuán)隊(duì)合作，利用全基因組重測(cè)序，通過(guò)對(duì)野生大豆 ZYD7 和栽培大豆 HN44 的重組自交系群體材料進(jìn)行 QTL 分析，發(fā)現(xiàn)一個(gè)來(lái)源于野生大豆控制大豆百粒重的優(yōu)勢(shì)基因Glyma17g33690（PP2C），其作用機(jī)制是與油菜素內(nèi)酯BR信號(hào)通路的轉(zhuǎn)錄因子（GmBZR1 等）相互作用，通過(guò)去磷酸化激活這些轉(zhuǎn)錄因子來(lái)促進(jìn)下游控制種子大小的基因表達(dá)以提高粒重。群體遺傳分析發(fā)現(xiàn)，近 40% 的栽培大豆不含 PP2C-1 基因型，該基因型導(dǎo)入到不含該位點(diǎn)的大豆品種中有望進(jìn)一步提高現(xiàn)有大豆品種產(chǎn)量。相關(guān)研究結(jié)果于 2017 年發(fā)表在 Molecular Plant[2]。中國(guó)科學(xué)院植物研究所賀超英團(tuán)隊(duì)與東北農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，通過(guò)對(duì)栽培大豆 SN14 和野大豆 ZYD0006 雜交群體的 QTL 及兩個(gè)親本差異表達(dá)基因的共定位分析發(fā)現(xiàn)，GmWRKY15a 非翻譯區(qū)中 CT 重復(fù)數(shù)目的變異影響其表達(dá)量，很可能與大豆種子大小及其馴化有關(guān)。這一工作首次發(fā)現(xiàn)了 WRKY 轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控大豆種子大小，為理解大豆馴化過(guò)程和機(jī)制提供了新的思路。相關(guān)研究結(jié)果于 2017 年發(fā)表在 Journal of Experimental Botany[3]。

大豆葉柄夾角影響冠層結(jié)構(gòu)、光合作用效率，并最終影響產(chǎn)量，是大豆的重要農(nóng)藝性狀之一，但葉柄夾角的調(diào)控機(jī)制尚不明確。東北地理所馮獻(xiàn)忠團(tuán)隊(duì)與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院和美國(guó)普渡大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)分析大豆葉柄夾角增大的 gmilpa1 突變體，鑒定了控制大豆葉柄夾角的 GmILPA1 基因。該基因編碼 APC8-like 蛋白，并通過(guò)與 GmAPC13a 互作形成復(fù)合體來(lái)行使功能。研究還發(fā)現(xiàn)，GmILPA1 基因主要在葉原基基部細(xì)胞表達(dá)，可能是通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞增殖及分化以控制葉枕形態(tài)。相關(guān)研究結(jié)果于 2017 年發(fā)表在 Plant Physiology[4]。

大豆是重要的油料作物，種子油脂含量是大豆最重要的品質(zhì)性狀之一。馴化過(guò)程中的人工選擇使大豆種子中油脂含量不斷提高。遺傳發(fā)育所田志喜團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所王文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，對(duì) 302 份代表性大豆種質(zhì)進(jìn)行了深度重測(cè)序和基因組分析，在馴化階段鑒定出 121 個(gè)強(qiáng)選擇信號(hào)，在品種改良階段鑒定出 109 個(gè)強(qiáng)選擇信號(hào)，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)至少 96 個(gè)選擇信號(hào)和油相關(guān)的性狀有關(guān)，說(shuō)明大豆產(chǎn)油性狀受到強(qiáng)烈人工選擇，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共同調(diào)控油的代謝，從而引起了不同種質(zhì)油相關(guān)性狀的變異。該研究還定位了一些重要農(nóng)藝性狀的分子模塊，如控制花周期的 E1，控制生長(zhǎng)習(xí)性的 Dt1，控制絨毛顏色的 T 等，為大豆重要農(nóng)藝性狀調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究奠定了重要基礎(chǔ)。相關(guān)研究 2015 年發(fā)表于 Nature Biotechnology[5]。此研究成果入選了2016年出版的《國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目?jī)?yōu)秀成果選編（六）》。遺傳發(fā)育所張勁松和陳受宜團(tuán)隊(duì)通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析，構(gòu)建了大豆籽粒油分的基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，從中鑒定出油脂快速合成時(shí)期種子偏好表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子 GmZF351，其編碼串聯(lián) CCCH 鋅指蛋白。功能分析發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá) GmZF351 能夠顯著提高轉(zhuǎn)基因擬南芥和大豆種子的油脂含量。群體遺傳分析發(fā)現(xiàn)，GmZF351 在馴化中受到人工選擇，其單倍體型來(lái)自于野生大豆 III 型，與高基因表達(dá)量、啟動(dòng)子活性和油脂含量相關(guān)聯(lián)。該研究對(duì)提高大豆品質(zhì)和價(jià)值具有重要意義，相關(guān)研究于 2017 年發(fā)表在 Plant Physilogy[6]。

此外，通過(guò)“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”先導(dǎo)專項(xiàng)，還定位了一批與開花期和分枝相關(guān)的分子模塊，如 QNE1、qFT12-1、TMS22 等。另外，還在豆科特異丟失基因、重要基因家族進(jìn)化上取得了一些重要進(jìn)展[7-13]，探討了它們?cè)诖蠖柜Z化過(guò)程中的作用，為后續(xù)大豆分子模塊挖掘和設(shè)計(jì)育種奠定了理論基礎(chǔ)。

2.2 大豆重要性狀分子模塊耦合效應(yīng)

不同復(fù)雜性狀間的耦合是分子設(shè)計(jì)育種的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。產(chǎn)量、品質(zhì)等性狀大都是多基因控制的復(fù)雜性狀，由于受到一因多效和遺傳連鎖累贅的影響，一些性狀在不同材料和育種后代中協(xié)同變化，呈現(xiàn)出耦合性相關(guān)。解析復(fù)雜性狀間耦合的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，明確關(guān)鍵調(diào)控單元，對(duì)分子設(shè)計(jì)育種具有重要意義。遺傳發(fā)育所田志喜團(tuán)隊(duì)聯(lián)合該所王國(guó)棟、朱保葛以及華盛頓州立大學(xué)張志武等多家團(tuán)隊(duì)對(duì) 809 份大豆栽培材料的 84 個(gè)產(chǎn)量和品質(zhì)性狀進(jìn)行了連續(xù)多年多點(diǎn)的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)不同性狀間呈現(xiàn)不同程度的相關(guān)性。進(jìn)而，利用全基因組關(guān)聯(lián)分析對(duì) 84 個(gè)性狀的調(diào)控位點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的全基因組掃描，鑒定出 245 個(gè)顯著性關(guān)聯(lián)位點(diǎn)。關(guān)聯(lián)位點(diǎn)間的連鎖不平衡分析顯示其中 115 個(gè)關(guān)聯(lián)位點(diǎn)可相互連鎖，形成復(fù)雜的多性狀多位點(diǎn)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，這些位點(diǎn)將所觀測(cè)的 51 個(gè)性狀連結(jié)起來(lái)，很好地解釋了不同性狀間的耦合關(guān)系。在該調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，23 個(gè)關(guān)聯(lián)位點(diǎn)發(fā)揮重要節(jié)點(diǎn)作用，對(duì)不同性狀的形成起到了關(guān)鍵調(diào)控作用。該研究為大豆的分子設(shè)計(jì)育種提供了重要的理論基礎(chǔ)，對(duì)于提高大豆的品質(zhì)和產(chǎn)量具有非常重要的意義。相關(guān)研究于 2017 年發(fā)表在Genome Biology[14]。

2.3 大豆初級(jí)分子模塊新品種培育

四粒莢分子模塊 ln 可提高大豆單莢粒數(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于東北地區(qū)大豆高產(chǎn)品種培育，而在黃淮海地區(qū)夏大豆主產(chǎn)區(qū)應(yīng)用較少。遺傳發(fā)育所朱保葛和田志喜團(tuán)隊(duì)通過(guò)將四粒莢優(yōu)異等位變異 ln-C（分子模塊）導(dǎo)入不含該模塊的大面積主推底盤品種“中黃 13” 和“科豆 1 號(hào)”中， 培育出 5 個(gè)四粒莢比例和產(chǎn)量都明顯增加的夏大豆新品系和新品種，如“科豆 15”“科豆 16”“科豆 17”“科豆 18 ”“科豆 30”。通過(guò)在安徽宿州、淮北和河南西華等地多年不同種植規(guī)模的鑒定結(jié)果表明，這 5 個(gè)新品系（種）的實(shí)收每公頃產(chǎn)量分別達(dá)到 3 105.0 公斤、2 965.2 公斤、3 141.0 公斤、3 000.5 公斤和 3 034.5 公斤，較當(dāng)?shù)刂髟云贩N（即各自底盤品種）分別增產(chǎn) 9.3%、7.83%、10.6%、8.24% 和 8.62%（四粒莢比例增幅范圍 15.2%—21.47%），這些材料正在參加國(guó)家或省級(jí)區(qū)域試驗(yàn)，其中“科豆 17”新品種 2017 年完成了河南省區(qū)試和生試全部程序，于 2018 年 3 月 13 日經(jīng)河南省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定通過(guò)，該品種兩年區(qū)試平均公頃產(chǎn)量 3 215.55 公斤，比對(duì)照品種“豫豆 22”平均增產(chǎn) 5.07%；一年生產(chǎn)試驗(yàn)公頃產(chǎn)量 3 034.8 公斤，比對(duì)照“豫豆 22”增產(chǎn) 6.11%。該品種已轉(zhuǎn)讓給安徽永民種業(yè)公司開發(fā)經(jīng)營(yíng)，并申請(qǐng)安徽省引種備案，目前在黃淮海主產(chǎn)區(qū)兩個(gè)夏大豆種植面積最大的省份——安徽省和河南省已示范推廣 1 萬(wàn)畝以上，正在迅速擴(kuò)大應(yīng)用。

黑龍江作為我國(guó)大豆主產(chǎn)省份，在生產(chǎn)上存在早熟、中早熟品種單產(chǎn)低且穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。在“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”先導(dǎo)專項(xiàng)支持下，東北地理所劉寶輝和孔凡江團(tuán)隊(duì)結(jié)合分子模塊育種理念，通過(guò)將早熟模塊 e1-as 導(dǎo)入底盤品種中，選育了中早熟、高油、高光效、高產(chǎn)品種“東生 77”，早熟、高油、高產(chǎn)品種“東生 78”和高油高產(chǎn)品種“東生 79”?！皷|生 77”于 2015 年 5 月通過(guò)黑龍江省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，平均每公頃產(chǎn)量為 3 226.3 公斤，較對(duì)照品種綏農(nóng) 26 增產(chǎn) 7.3%，累計(jì)示范推廣面積 78 萬(wàn)畝，增加經(jīng)濟(jì)效益 2 511 萬(wàn)元，適宜于黑龍江省所在的第二積溫帶種植。“東生 78”于 2017 年 1 月通過(guò)黑龍江省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，比對(duì)照品種“合豐 50”平均增產(chǎn) 10.2%，累計(jì)示范推廣面積 2.5 萬(wàn)畝，增加經(jīng)濟(jì)效益 93.7 萬(wàn)元?！皷|生 79”于 2018 年 1 月通過(guò)黑龍江省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)大豆專業(yè)委員會(huì)審定，兩年區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)示范試驗(yàn)平均脂肪含量 24.16%，是黑龍江省1966 年以來(lái)育成的 485 個(gè)品種中含油量第一個(gè)突破 24%的品種。

3 大豆分子模塊設(shè)計(jì)育種未來(lái)展望

3.1 大豆發(fā)展短板分析

（1）大豆單產(chǎn)未有突破進(jìn)展，顯著低于其他主要作物。隨著育種技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)作物單產(chǎn)都有了不同程度的提高。美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示③USDA. https://apps.fas.usda.gov/psdonline/app/index.html#/app/advQuery.，自20世紀(jì) 60 年代至今，全球小麥、玉米和水稻單產(chǎn)都有了質(zhì)的提高。小麥平均單產(chǎn)從 40—50 公斤/畝提高到了約 350 公斤/畝，水稻從 130 公斤/畝左右提高到約 440 公斤/畝，玉米從 80 公斤/畝左右提高到約 400 公斤/畝。然而，大豆單產(chǎn)相對(duì)增長(zhǎng)緩慢，目前平均單產(chǎn)僅約 120 公斤/畝。

（2）基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)落后，制約大豆科技創(chuàng)新的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。目前，國(guó)外已經(jīng)建立了若干與大豆相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)整合了大豆基礎(chǔ)研究的不同類型成果，例如 NCBI、Phytozome、SoyBase、SoyKB、Soy-TFKB、SoyDB 等。尤為重要的是，USDA 建立了完全免費(fèi)共享的種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，其中涵蓋了所收集到的世界各地的大豆種質(zhì)資源、一系列的重組自交系、單片段替換系，多年多點(diǎn)的系統(tǒng)性狀考察及遺傳分析結(jié)果。這些數(shù)據(jù)庫(kù)的建立不僅最大限度地方便了其國(guó)內(nèi)相關(guān)科學(xué)研究，更重要的是通過(guò)數(shù)據(jù)整合得到了一系列的綜合信息，在促進(jìn)科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的同時(shí)，避免了一些重復(fù)性的工作。我國(guó)擁有世界上最為豐富的大豆種質(zhì)資源，大豆基礎(chǔ)科學(xué)研究也正在逐步趕超國(guó)際水平，然而，我們?cè)跀?shù)據(jù)共享方面與國(guó)外仍存在較大差距。

（3）大豆研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入低于其他主糧作物?？傮w上看，大豆研究水平總體低于其他主要作物。我國(guó)對(duì)大豆研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入較少，是制約我國(guó)大豆科技創(chuàng)新的重要原因之一。對(duì)近 10 年國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在水稻、小麥、玉米、大豆 4 種主要作物研究的資助金額統(tǒng)計(jì)表明，水稻獲得資助 17.65 億元，是資助金額最多的作物，明顯高于其他作物；玉米和小麥的資助金額接近，分別為 9.23 億元和 8.52 億元；大豆的資助金額最少，為 4.61 億元，僅為水稻資助金額的 26%。對(duì) 2016—2017 年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中“農(nóng)林科技”類項(xiàng)目的資助統(tǒng)計(jì)表明，水稻的資助項(xiàng)目數(shù)量最多，共獲得 9 項(xiàng)資助，合計(jì)資助金額為 4.05 億元；其次為小麥，共 8 項(xiàng)，金額為 2.85 億元；玉米和大豆的資助項(xiàng)目均為 4 項(xiàng)，但大豆的資助金額最少，僅為 0.89 億元。

3.2 大豆生產(chǎn)未來(lái)趨勢(shì)

（1）我國(guó)大豆需求持續(xù)增加，缺口逐步加大。隨著人口的持續(xù)增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，優(yōu)良耕地的不斷減少和膳食結(jié)構(gòu)的不斷升級(jí)，我國(guó)對(duì)糧食的剛性需求還將持續(xù)增加。如果我國(guó)大豆生產(chǎn)不能實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展，那么在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)的大豆消費(fèi)還將依賴進(jìn)口，并且進(jìn)口量還將繼續(xù)增加。咨詢公司High Quest Partners 預(yù)測(cè)④Global AgInvesting. Key Fundamentals driving investor interest in global agriculture. https://www.craaq.qc.ca/documents/files/Evenements/EPER1401/04_Laperouse_Philippe_ang.pdf.，到 2020 年左右，世界大豆年產(chǎn)量需再增加 1 億噸才能滿足全球需求，而我國(guó)大豆消費(fèi)量將占全球總產(chǎn)量的 1/3。

（2）增強(qiáng)大豆生產(chǎn)能力是解決我國(guó)大豆需求的根本途徑。目前，我國(guó)的進(jìn)口大豆主要來(lái)源于巴西、美國(guó)和阿根廷。然而，巴西和阿根廷的大豆種子基本來(lái)源于美國(guó)種業(yè)，所以從某種意義上講，我國(guó)大豆進(jìn)口 90% 以上受控于美國(guó)種業(yè)，這極大地影響了我國(guó)的大豆產(chǎn)業(yè)乃至糧食安全。一方面，大豆高進(jìn)口比例會(huì)導(dǎo)致我國(guó)食物結(jié)構(gòu)和供給的不穩(wěn)定。我國(guó)進(jìn)口大豆主要用于榨油和生產(chǎn)豆粕。豆粕在飼料生產(chǎn)原材料中所占的比例在 25% 左右，進(jìn)口大豆會(huì)影響 38 000 多萬(wàn)噸飼料生產(chǎn)，進(jìn)而影響近億噸肉類生產(chǎn)。一旦國(guó)際形勢(shì)變化影響到大豆進(jìn)口，國(guó)內(nèi)消費(fèi)者對(duì)肉蛋油奶的需求必然得不到滿足。另一方面，大豆定價(jià)權(quán)完全掌控于國(guó)外。歷史上已有若干次因?yàn)榇蠖巩a(chǎn)量變化導(dǎo)致大豆價(jià)格劇烈波動(dòng)的情況，最明顯的包括2003—2004 年、2006—2008 年、2010—2012 年的大豆減產(chǎn)（甚至包括預(yù)期減產(chǎn)）。幾次產(chǎn)量變化都致使大豆價(jià)格在短期內(nèi)飆升 1—3 倍。

綜合而言，我國(guó)大豆目前的主要問(wèn)題在于糧食生產(chǎn)能力不足與我國(guó)糧食總需求之間的矛盾。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，增強(qiáng)大豆生產(chǎn)能力，是解決我國(guó)大豆需求、保障國(guó)家糧食安全的根本途徑。

3.3 大豆科技未來(lái)展望

（1）開展高產(chǎn)突破性技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)大豆“綠色革命”。單產(chǎn)低是我國(guó)大豆面臨的最大困境，所以提高大豆單產(chǎn)是扭轉(zhuǎn)我國(guó)大豆被動(dòng)局面的首要任務(wù)。在過(guò)去幾十年中，水稻、小麥、玉米等作物單產(chǎn)的提高很大程度上得益于半矮稈基因和雜種優(yōu)勢(shì)等“綠色革命”技術(shù)的突破。對(duì)于大豆而言，雖然育種學(xué)家在過(guò)去的育種過(guò)程中針對(duì)一些性狀進(jìn)行了改良，單產(chǎn)有了一定的提高，但尚未形成突破性技術(shù)，大豆單產(chǎn)并未實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提高。未來(lái)我們應(yīng)大膽開拓創(chuàng)新思維，開展大豆超高產(chǎn)的分子基礎(chǔ)和育種技術(shù)研究，創(chuàng)制革命性品種，實(shí)現(xiàn)大豆的“綠色革命”。

（2）開展大豆耐逆適應(yīng)性研究，增加大豆種植面積。耕地面積是保障糧食生產(chǎn)的首要因素，除了 18 億畝紅線耕地外，我國(guó)還有 11.7 億畝的鹽堿、灘涂、高寒、高旱等邊際土地可改造使用，這為我國(guó)大豆發(fā)展提供了新方向。此外，通過(guò)開拓新的海外大豆市場(chǎng)，如非洲、拉美等，豐富大豆進(jìn)口來(lái)源地，也是解決我國(guó)大豆進(jìn)口渠道單一的重要途徑之一。這些都需要加強(qiáng)大豆耐逆適應(yīng)性（如抗旱、耐鹽堿、廣適性等）研究，從而拓展大豆種植區(qū)域，增加大豆生產(chǎn)能力。

（3）研發(fā)豆粕替代飼料，以緩解大豆缺口對(duì)下游產(chǎn)業(yè)的沖擊和影響。豆粕飼料是我國(guó)大豆的最主要用途，我們應(yīng)加大豆粕替代飼料研發(fā)，以解決大豆缺口對(duì)下游產(chǎn)業(yè)的沖擊和影響。近年來(lái)我國(guó)飼草產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，可在一定范圍內(nèi)替代豆粕，如苜蓿、甜高粱、棉籽粕、菜籽粕等。但是，目前這些替代品還需要添加別的產(chǎn)品，并進(jìn)行合理搭配，才能取得好的效果。飼用大豆雖然已展現(xiàn)了很好的應(yīng)用前景，但其相應(yīng)的品種還很少，且配套技術(shù)匱乏。加強(qiáng)飼用大豆選育，并及時(shí)應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)，也是解決我國(guó)大豆缺口的重要途徑之一。

（4）加快分子設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系建設(shè)，趕超國(guó)外大豆生產(chǎn)?？茖W(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。隨著分子生物學(xué)、基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、合成生物學(xué)等學(xué)科的快速發(fā)展和生物技術(shù)的不斷進(jìn)步，多學(xué)科聯(lián)合催生的分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)是現(xiàn)代育種一次新的變革，使得我們和國(guó)際處于一個(gè)相對(duì)接近的新起跑線。因此，分子設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系建設(shè)為我國(guó)育種技術(shù)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。抓住機(jī)遇，加快分子設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系建設(shè)，將引領(lǐng)大豆育種實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，從而有機(jī)會(huì)趕超國(guó)外大豆生產(chǎn)。

（5）推動(dòng)人工智能育種技術(shù)的發(fā)展，引領(lǐng)大豆育種技術(shù)的創(chuàng)新。人工智能為未來(lái)育種技術(shù)的革新提供了巨大的契機(jī)，也成為我國(guó)引領(lǐng)國(guó)際大豆育種技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)新機(jī)遇。通過(guò)三維大豆形態(tài)模擬重建表型關(guān)聯(lián)基因組學(xué)，將實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字化模擬基因不同組合方式下的植株表型特征，這將會(huì)帶來(lái)育種技術(shù)的新變革。實(shí)現(xiàn)人工智能育種方案的設(shè)計(jì)，將極大推動(dòng)我國(guó)由傳統(tǒng)育種及分子設(shè)計(jì)輔助育種向人工智能育種的轉(zhuǎn)變，可以針對(duì)不同區(qū)域智能培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗品種。同時(shí)，人工智能育種系統(tǒng)的高效性，能夠極大加速新品種培育的速度。人工智能育種技術(shù)的理論和技術(shù)體系的建立，將使我國(guó)處于國(guó)際育種技術(shù)的前列。

（6）加大種質(zhì)資源的系統(tǒng)評(píng)價(jià)、挖掘利用、創(chuàng)制與共享。大力開展種質(zhì)資源研究與創(chuàng)新，開展我國(guó)特有野生資源的基因組、表型組分析，構(gòu)建大豆育種核心資源數(shù)據(jù)庫(kù)，分析大豆優(yōu)異親本形成的系譜特征及其遺傳演變規(guī)律，深入解析大豆的起源與進(jìn)化路徑，為大豆發(fā)展奠定基礎(chǔ)材料。

（7）推動(dòng)自主性整合公共數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，健全數(shù)據(jù)共享機(jī)制。整合各種組學(xué)數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)的整合型公共數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)公共數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)性、高效性、共享性，為功能基因組和種質(zhì)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

（8）組建大豆創(chuàng)新國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。以國(guó)家重大需求為導(dǎo)向，整合目前各機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)力量，完善大豆科技創(chuàng)新鏈的研發(fā)布局。通過(guò)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和人才培養(yǎng)，進(jìn)一步提高我國(guó)大豆科技原始創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)大豆產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。