分子育种“定制”大豆

2015-09-28 10:18 | 作者: 彭科峰 | 标签: 分子育种

大豆,作为重要的粮食作物,我国进口量高达85%,自产率却不足15%,而主产区东北的大豆产量则占全国产量的60%。促进东北的大豆产业发展,意义十分重大。

刘宝辉、冯献忠研究员领衔的中科院东北地理与农业生态研究所大豆分子设计育种重点实验室团队,近年来在这方面不断有突破。他们正在通过分子育种的方式,试图实现大豆的“定制化”生产。

揭秘大豆光周期

“大豆的发育期主要与光周期有关。目前已知的10个和大豆光周期有关的基因研究,我们参与了6个,在这方面的研究处于领先水平。”冯献忠告诉《中国科学报》记者。

光周期现象,是生物对昼夜光暗循环格局的反应。大多数一年生植物的开花决定于每日日照时间的长短。自上世纪20年代,科学家们以大豆等作物为材料发现光周期现象近百年来,人们对该现象的研究在模式作物拟南芥及水稻中取得了一系列的突破性进展。

大豆是一种敏感的短日照作物。东北是我国大豆主产区,适应于高纬度地区种植的大豆栽培种必须具有对光周期不敏感性,否则在早霜来临前大豆不能正常成熟造成减产甚至绝产。

此前,科学家通过遗传学方法明确了大豆生育期位点E1至E8及J等位点,其中E1、E3、E4及E7与大豆光周期反应密切相关。近年来,刘宝辉所在的大豆分子育种团队与国外研究者进行相关合作,已经完成了对大豆几个主要生育期基因E1、E2、E3、E4的克隆。

事实上,和大豆光周期相关的研究,最终可以服务于大豆的分子设计育种工作。

分子育种的未来

科研人员告诉记者,从国内外优良品种的培育现状与发展历史来看,分子设计育种代表着未来的方向,在大豆中明确的功能基因越多,对于开展分子设计育种越为有利。大豆光周期基因的研究不仅可以使科学家能直接用于分子设计育种,而且还对大豆中与产量及品质性状的研究提供成功的范例。

我国大豆生产当前处于一个重要时期,国内大豆种植面积逐年下降,国内生产总量占国内总消费量的比例越来越小。究其原因,大豆的种植不但受到其他高产高效粮食作物影响,而且还与国外廉价的转基因大豆的大量进口有关。如果科学家能够成功揭开大豆光周期的奥秘,将有可能推动大豆种植边界的前移和种植面积的扩大。

“传统育种是要靠经验,但我们想推动大豆的育种进入基因组时代。这样不但可以加快育种的速度,还可以人为操作。2010年,大豆的基因测序基本完成,意味着这个方向大有可为。”冯献忠说。目前他们在进行大豆功能基因组的研究,已经建立了40万个样本的大豆突变体库,研究其每个基因的功能。

“目前,我们所做的分子设计育种,是先有方案后有产品。比如,豆荚里面结两粒或者三粒,我们已经能够通过技术控制。一些晚熟的品种,通过我们的分子设计手段,也能让它早熟。”冯献忠说。

发力东北豆业

科技的作用最终还是要服务于国计民生。在探索分子育种的同时,刘宝辉、冯献忠团队也不断研发新的大豆良种。

自上世纪80年代开始,中科院东北地理所就开始进行大豆的育种研究,目前已经有11个品种问世,在黑龙江大豆主产区,该所的大豆品种占据了相当的优势。2014年,该所研发的“东生77号”在哈尔滨获得大面积推广,可以进一步提高大豆产量。

目前,相较于玉米,大豆在东北的种植面积在缓慢减少。这是因为种植玉米的收入每亩要高100元左右。但冯献忠认为,现代农业应当是本身具有自我修复和平衡的稳定系统,大豆是最好的固氮植物,多种植大豆可以减少施肥。从这个意义上来说,应当多轮作大豆。

目前,他们的最新成果——“东生77号”在通过黑龙江的审定后,今年将要大面积的推广。这一新品种主打高产、高蛋白,营养价值和经济利益都很高。冯献忠希望,能够借此让大豆种植户得到实惠。

近期,他们培育出的大豆品种“东生10号”又正式获得农业部国家农作物品种审委员会颁发的国家农作物品种审定证书,这是东北地理所培育的大豆东生系列品种获得的第四个国家农作物品种审定证书。

据了解,“东生10号”是高油型中早熟春大豆品种,北方春播生育期117天。其单株有效荚数37.1个,单株粒数85.6粒,单株粒重15.9克,籽粒粗蛋白含量38.45%,粗脂肪含量22.06%。该品种曾于2011年和2012年参加北方春大豆中早熟组品种区域试验,两年平均亩产190.1千克,对比照增产3.4%,2013年生产试验,平均亩产186.1千克,对比照增产3.0%。该品种的推广,将有望给大豆种植户带来更多的福利。

我国是大豆原产地,是世界上著名的生产大豆的国家,北自黑龙江省呼玛县,南至西沙群岛,东起乌苏里江和台湾,西迄新疆喀什和西藏察隅,均有大豆种植。但因为温度、水分、光照等因素的差异,目前南北方种植的大豆不大相同,不能互通。展望未来,冯献忠希望,在理想状态下,通过对10个基因的改良,让南方和北方的大豆都可以相互种植。当然,这一切需要科研人员更多的努力。

来源:中国科学报

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