瞭望丨分子育種選出“金豆子”-新華網
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              2024 01/15 15:36:03
              來源:瞭望

              瞭望丨分子育種選出“金豆子”

              字體:

                ◇傳統大豆品種選育之所以效率低,一個核心問題是遴選品種的過程依靠人工,優勢基因的篩選和品種選育周期長。馮獻忠團隊提出了計算育種的概念,建立數據中心,把品種選育從地里轉移到計算機

                文∣《瞭望》新聞周刊記者 薛欽峰

              中國科學院東北地理與農業生態研究所研究員馮獻忠(中)和學生在試驗田里查看大豆長勢(2023 年 7 月攝) 受訪者供圖

                吉林西部地區是世界三大蘇打鹽堿地主要分布區之一,因土壤貧瘠、干旱,過去這里被稱為“八百里瀚?!薄,F代種業技術的進步,讓鹽堿地里也能長出莊稼。

                2023年,在吉林西部鹽堿地,中國科學院東北地理與農業生態研究所(下稱“東北地理所”)應用分子設計育種技術選育的“東生118”耐鹽堿大豆新品種在多地試種實現高產,展現了在鹽堿地大面積推廣應用的潛力。

                我國大豆產需缺口巨大,高度依賴進口,是全球最大的大豆進口國?!安捎脟H先進的分子設計育種手段,是目前實現國產耐鹽堿大豆育種突破的最佳途徑?!睎|北地理所大豆分子設計育種重點實驗室負責人馮獻忠說。

                東北地理所的大豆育種專家團隊在分子設計育種研究領域持續發力,攻關“計算育種”,大幅縮短育種周期,努力在破解種業“卡脖子”技術和在追趕世界先進育種技術上實現“彎道超車”。

                重度鹽堿地鉆出“金豆子”

                在吉林省農安縣的小城子鄉光明村,這里的部分鹽堿地2023年迎來了大豐收。當地浩淞農業科技有限公司種植的530畝耐鹽堿大豆經過測產,每畝產量超過240公斤,實現了高產。

                農安縣小城子鄉分布著大片鹽堿地。過去,當地農民也嘗試在一些中重度鹽堿地種植大豆,但是產量很低,這些鹽堿地一直沒有實現有效利用。2023年,浩淞農業科技有限公司與東北地理所合作,在鹽堿地試種耐鹽堿大豆品種“東生118”,效果遠超預期。

                不僅在吉林,該品種在全國多個鹽堿區進行試種,均實現了高產。例如“東生118”在新疆喀什地區的鹽堿地也獲得好收成。在澤普縣的輕度鹽堿地上,村民在小麥收獲后夏播大豆“東生118”,經測產畝產超300公斤,為當地鹽堿地夏播大豆提供了新品種。

                “在重度鹽堿地里‘東生118’也高于我國大豆的平均單產,這個品種耐鹽堿性表現穩定?!睎|北地理所高級工程師冷建田告訴《瞭望》新聞周刊記者。

                良種還需配良法。目前,農業技術專家正針對“東生118”在不同地區探索不同栽培技術,以提高產量。例如,在吉林中部地區,針對這里氣候特點,適時進行早播,出苗后再噴灑除草劑;在吉林西部,采取適時晚播,應用大壟多行種植模式,增加種植密度。

                分子設計高效育種

                選育耐鹽堿大豆品種并不容易。馮獻忠說,他們曾將2000多個大豆品種分別種在中重度鹽堿地里進行實驗,最終能存活下來的只有十幾種。為高效培育新品種,他們將分子設計育種技術引入耐鹽堿大豆品種選育。歷經多年,終于在2021年培育出通過國審的“東生118”,并推向市場。

                馮獻忠介紹,分子設計育種就像設計工業產品那樣設計農作物品種,首先需要知道每個大豆基因的功能,即每個基因控制哪些表型,然后將這些控制耐鹽堿的基因進行相對精確的重新組合,得到耐鹽堿品種。

                在選育“東生118”之初,馮獻忠和團隊進行了大量分子設計育種基礎研究,最初的研究關注點是基因型和表型的關系,即基因型如何控制表型。馮獻忠帶領團隊對國內1700余個大豆品種的基因重新測序,并鑒定了幾十個調控大豆高產、優質、抗逆和生育期的重要基因,選育了778份優異育種材料,為大豆新品種培育挑選出優異親本材料和靶標基因。

                2017年,研究迎來快速發展期。馮獻忠的團隊承擔了國家重點研發計劃“主要經濟作物分子設計育種”項目,進一步完善分子設計育種平臺,加快大豆分子設計育種進程。

                冷建田介紹,他們通過大豆雜交把耐鹽堿基因導入一個高產大豆品種中,用分子標記監測該品種后代,看耐鹽堿基因是否導入成功。成功后再通過多代回交,實現耐鹽堿基因與高產基因在大豆新品種中的聚合。

                在成功選育出“東生118”后,馮獻忠帶領團隊朝著世界領先育種技術繼續發力,攻關“計算育種”,實現“換道超車”。

                馮獻忠介紹,傳統大豆品種選育之所以效率低,一個核心問題是遴選品種的過程依靠人工,優勢基因的篩選和品種選育周期長。他們提出計算育種的概念,建立數據中心,把品種選育從地里轉移到計算機。通過計算,他們找到選育具有目標性狀大豆品種的最佳路徑。比如在計算機上利用不同算法實現大豆優異基因的相互聚合,原本相互拮抗的基因在哪些位點可以聚合,哪些變異可以實現更好的目標性聚合?!拔覀兊挠N試驗地是有限的,但在超級計算機上可以嘗試將大豆育種中每個基因突變發揮的潛在作用跑一遍,這用傳統育種技術是無法實現的?!?/p>

                從2021年開始,馮獻忠團隊與之江實驗室合作建立計算育種平臺,研究大數據和人工智能育種技術,將大豆育種從試驗選優變為計算選優。目前,馮獻忠團隊已選育出多個育種材料。他們還在東北地理所搭建了一座能夠在不同光譜下觀察作物生長的表型組平臺,加快培育大豆品種。

                推動優質品種快速應用

                受訪專家介紹,隨著我國種業振興的持續推進和先進育種技術的逐步應用,更多耐鹽堿大豆培育將會取得成功,但破解種業“卡脖子”問題仍有機制和阻礙需要持續完善和破解。

                第一,亟待完善全國性種質資源共享機制。分子設計育種是未來育種的重要方向,在大豆中明確的功能基因越多,對于開展分子設計育種越有利。十余年來,馮獻忠團隊在分子設計育種技術領域持續積累,創制了40萬份大豆突變體,建立了大豆飽和基因突變庫和優良變異材料庫。

                馮獻忠表示,大豆突變基因體庫里的品系是他們創制出來的大豆新種質,但因為缺少資源共享機制,這個資源庫并未被充分利用。亟待建立全國性資源共享機制,充分發揮該種質資源庫的優勢作用。

                第二,整合全國性育種平臺,聯合開展育種攻關。當前國內不同科研系統的育種團隊相對獨立,育種力量分散,不利于共同攻關“卡脖子”難題。受訪專家建議,通過頂層設計建立一個全國性的大豆育種攻關科研大平臺,集中優勢力量加速耐鹽堿大豆新品種創制。

                第三,目前種業科企合作機制尚未完全建立,需進一步強化科企合作力度。創新育種產業鏈融合發展機制,大力推動科企合作,建設新技術推廣應用平臺,讓專業的人干專業的事,實現育種產業效益最大化,早日實現我國種業振興。

                (《瞭望》2024年第03期 )

              【糾錯】 【責任編輯:黃維】
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