近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蓋鈞鎰院士，楊守萍教授團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)通報(bào)》上總結(jié)了大豆雜種優(yōu)勢利用的研究進(jìn)展并進(jìn)行展望。

大豆作為重要的油料和糧食作物，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全中占據(jù)重要地位。然而，我國大豆產(chǎn)業(yè)長期面臨突出的對外依存困境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近五年我國大豆進(jìn)口量兩次突破1億噸大關(guān)，且進(jìn)口規(guī)模持續(xù)處于高位，對我國糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。近年來，我國高度重視大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后出臺“大豆振興計(jì)劃”、“大力實(shí)施大豆和油料產(chǎn)能提升工程”和“鞏固大豆擴(kuò)種成果，支持發(fā)展高油高產(chǎn)品種”等專項(xiàng)政策，推動我國大豆種植面積和總產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)恢復(fù)性增長，但仍無法滿足實(shí)際需求。目前，我國大豆單產(chǎn)與美國、巴西等大豆主產(chǎn)國相差80～100公斤/畝，僅為全球平均單產(chǎn)的70%。在有限的耕地面積下，深挖單產(chǎn)潛力已成為突破我國大豆產(chǎn)能瓶頸、降低對外依存風(fēng)險(xiǎn)的核心路徑。

圖1 大豆雜種優(yōu)勢利用研究進(jìn)展匯總

雜種優(yōu)勢利用是提高作物單產(chǎn)的重要途徑之一，在水稻、油菜、玉米等作物上已得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。全球約70%的玉米、中國約50%的水稻以及歐洲約90%的油菜品種均為雜種品種。早在上個世紀(jì)國內(nèi)外就開展了大豆雜種優(yōu)勢利用的探索，研究結(jié)果表明大豆具有明顯的雜種優(yōu)勢。 大量研究證實(shí)利用雜種優(yōu)勢可使大豆增產(chǎn)20%以上，一些高優(yōu)勢組合增產(chǎn)達(dá)50%以上。雄性不育系是作物雜種種子生產(chǎn)中的關(guān)鍵材料，基于質(zhì)核互作雄性不育系統(tǒng)的“三系法”和細(xì)胞核雄性不育系統(tǒng)的“兩系法”是作物雜交種制種中應(yīng)用最為廣泛的兩種方式，當(dāng)前大豆在雜交種培育方面主要采用“三系法”。重要的是，我國已建立了一套完善的“大豆-昆蟲-環(huán)境”三位一體的雜交種制種技術(shù)體系，可使高異交率不育系異交率達(dá)90%以上，利用“三系”（不育系、保持系和恢復(fù)系）雜交種生產(chǎn)體系已審定40余個雜種大豆品種，區(qū)試比對照平均增產(chǎn)近13%，其中增產(chǎn)幅度超過15%的雜種大豆品種13個?！笆濉币詠韺彾s種大豆品種39個，說明近年來我國雜種大豆研究在育種規(guī)模上的不斷擴(kuò)大和雜種優(yōu)勢利用技術(shù)上的不斷提升。隨著基因編輯和轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)的發(fā)展，育性恢復(fù)基因、細(xì)胞核雄性不育基因、耐高溫基因等育性調(diào)控基因逐漸被發(fā)掘并應(yīng)用于大豆雜種優(yōu)勢利用?？梢?，雜種優(yōu)勢利用可作為我國大豆單產(chǎn)提升的突破性技術(shù)，對于提升我國大豆產(chǎn)能和保障糧食安全具有重大的戰(zhàn)略意義。本文重點(diǎn)綜述了大豆雜種優(yōu)勢的遺傳構(gòu)成與利用途徑、大豆質(zhì)核互作雄性不育與三系選育、大豆細(xì)胞核雄性不育與利用、大豆雜種品種的審定與雜種種子生產(chǎn)技術(shù)的研究進(jìn)展。

經(jīng)過幾十年的系統(tǒng)研發(fā)，大豆雜種優(yōu)勢利用研究取得顯著進(jìn)展，但離商業(yè)化應(yīng)用仍存在一定差距，一些關(guān)鍵問題仍需進(jìn)一步攻克，主要包括：高效的不育細(xì)胞質(zhì)有待發(fā)掘，高異交率不育系和強(qiáng)恢復(fù)系有待選育，雜交種制種效率有待進(jìn)一步提高，強(qiáng)優(yōu)勢組合有待進(jìn)一步篩選，雜種優(yōu)勢利用途徑有待擴(kuò)展，具有重大育種利用價(jià)值的育性基因有待發(fā)掘。隨著大豆優(yōu)異種質(zhì)資源與具有重大育種利用價(jià)值育性基因的不斷發(fā)掘與利用、大豆雜種種子商業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)體系的不斷完善和生物技術(shù)的不斷發(fā)展，大豆雜種優(yōu)勢利用將會展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)社會效益。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院丁先龍博士是本文第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)楊守萍教授, 蓋鈞鎰院士是本文的共同通訊作者。

文章信息

丁先龍, 賀建波, 楊守萍, 蓋鈞鎰, 大豆雜種優(yōu)勢利用的研究進(jìn)展和展望, 科學(xué)通報(bào)

https://doi.org/10.1360/TB-2024-1386.

轉(zhuǎn)載、投稿請留言

| 關(guān)注科學(xué)通報(bào) | 了解科學(xué)前沿