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分子育種“定制”大豆

2015-09-28 10:18 | 作者: 彭科峰 | 標簽: 分子育種

大豆,作為重要的糧食作物,我國進口量高達85%,自產率卻不足15%,而主產區東北的大豆產量則占全國產量的60%。促進東北的大豆產業發展,意義十分重大。

劉寶輝、馮獻忠研究員領銜的中科院東北地理與農業生態研究所大豆分子設計育種重點實驗室團隊,近年來在這方面不斷有突破。他們正在通過分子育種的方式,試圖實現大豆的“定制化”生產。

揭秘大豆光周期

“大豆的發育期主要與光周期有關。目前已知的10個和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。”馮獻忠告訴《中國科學報》記者。

光周期現象,是生物對晝夜光暗循環格局的反應。大多數一年生植物的開花決定于每日日照時間的長短。自上世紀20年代,科學家們以大豆等作物為材料發現光周期現象近百年來,人們對該現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區,適應于高緯度地區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甚至絕產。

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,已經完成了對大豆幾個主要生育期基因E1、E2、E3、E4的克隆。

事實上,和大豆光周期相關的研究,最終可以服務于大豆的分子設計育種工作。

分子育種的未來

科研人員告訴記者,從國內外優良品種的培育現狀與發展歷史來看,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量及品質性狀的研究提供成功的范例。

我國大豆生產當前處于一個重要時期,國內大豆種植面積逐年下降,國內生產總量占國內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高效糧食作物影響,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。

“傳統育種是要靠經驗,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。”馮獻忠說。目前他們在進行大豆功能基因組的研究,已經建立了40萬個樣本的大豆突變體庫,研究其每個基因的功能。

“目前,我們所做的分子設計育種,是先有方案后有產品。比如,豆莢里面結兩?;蛘呷?,我們已經能夠通過技術控制。一些晚熟的品種,通過我們的分子設計手段,也能讓它早熟。”馮獻忠說。

發力東北豆業

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、馮獻忠團隊也不斷研發新的大豆良種。

自上世紀80年代開始,中科院東北地理所就開始進行大豆的育種研究,目前已經有11個品種問世,在黑龍江大豆主產區,該所的大豆品種占據了相當的優勢。2014年,該所研發的“東生77號”在哈爾濱獲得大面積推廣,可以進一步提高大豆產量。

目前,相較于玉米,大豆在東北的種植面積在緩慢減少。這是因為種植玉米的收入每畝要高100元左右。但馮獻忠認為,現代農業應當是本身具有自我修復和平衡的穩定系統,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”在通過黑龍江的審定后,今年將要大面積的推廣。這一新品種主打高產、高蛋白,營養價值和經濟利益都很高。馮獻忠希望,能夠借此讓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”又正式獲得農業部國家農作物品種審委員會頒發的國家農作物品種審定證書,這是東北地理所培育的大豆東生系列品種獲得的第四個國家農作物品種審定證書。

據了解,“東生10號”是高油型中早熟春大豆品種,北方春播生育期117天。其單株有效莢數37.1個,單株粒數85.6粒,單株粒重15.9克,籽粒粗蛋白含量38.45%,粗脂肪含量22.06%。該品種曾于2011年和2012年參加北方春大豆中早熟組品種區域試驗,兩年平均畝產190.1千克,對比照增產3.4%,2013年生產試驗,平均畝產186.1千克,對比照增產3.0%。該品種的推廣,將有望給大豆種植戶帶來更多的福利。

我國是大豆原產地,是世界上著名的生產大豆的國家,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。

來源:中國科學報

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