近日，吉林省農(nóng)科院張春寶團(tuán)隊聯(lián)合中科院遺傳所李紅菊團(tuán)隊在《科學(xué)通報》發(fā)表以“大豆雜種優(yōu)勢利用：挑戰(zhàn)與創(chuàng)新路徑”為題的綜述論文，從雜交大豆優(yōu)勢潛力挖掘及提升模式、新型不育系創(chuàng)制與應(yīng)用策略、親本異交率提升方法及雜交制種技術(shù)體系優(yōu)化等方面評述了大豆雜種優(yōu)勢利用的瓶頸和挑戰(zhàn)，提出創(chuàng)新發(fā)展路徑，為加速雜交大豆產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提供了系統(tǒng)的攻關(guān)思路。

大豆是世界重要的糧油兼飼用作物，廣泛種植于世界各地，在保障全球糧食安全及支撐畜牧業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。消費增長驅(qū)動導(dǎo)致需求量逐年增加，但其平均單產(chǎn)一直未實現(xiàn)大幅增長，亟需有效提升途徑。雜種優(yōu)勢利用作為提高作物單產(chǎn)的有效手段，在玉米、水稻和油菜等主要農(nóng)作物上已取得顯著成效。推動了全球主要糧食和油料作物單產(chǎn)和總產(chǎn)的大幅提升，為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和糧油安全做出了巨大貢獻(xiàn)。大豆雜種優(yōu)勢利用研究始于上世紀(jì)70年代，我國于1993年育成了世界上首個可實際應(yīng)用的大豆細(xì)胞質(zhì)雄性不育系，實現(xiàn)了“三系”配套。2002年審定了全球首個雜交大豆品種“雜交豆1號”。至2024年底，我國已累計審定雜交大豆品種46個，雜種優(yōu)勢利用研究整體處于世界領(lǐng)先水平。盡管如此，與水稻、玉米和油菜等作物相比，大豆受制于本身性狀特點及效益因素的多重影響，要實現(xiàn)大規(guī)模雜種優(yōu)勢利用，仍面臨挑戰(zhàn)。近年來，隨著雜種優(yōu)勢利用新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，主要農(nóng)作物雜種優(yōu)勢利用水平持續(xù)提升。然而，當(dāng)前雜交大豆育種仍以傳統(tǒng)方法為主，亟需與現(xiàn)代分子設(shè)計育種技術(shù)深度融合，以加速產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

“大豆雜種優(yōu)勢利用：挑戰(zhàn)與創(chuàng)新路徑”一文指出雜交大豆正處于從中試示范向產(chǎn)業(yè)化推廣的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期，但由于大豆自身生物學(xué)特性及經(jīng)濟(jì)效益等因素的制約，要實現(xiàn)大規(guī)模雜種優(yōu)勢利用必須同時滿足四大關(guān)鍵條件：顯著的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)、適配的雄性不育系統(tǒng)、高效的異交傳粉體系以及輕簡化低成本的制種技術(shù)。為此，該文系統(tǒng)提出創(chuàng)新路徑：首先，在雜種優(yōu)勢潛力的挖掘及提升模式方面，探討了如何精細(xì)劃分和利用大豆雜種優(yōu)勢群，實現(xiàn)親本材料的精準(zhǔn)選配；引入基因組選擇技術(shù)，構(gòu)建高效預(yù)測模型，指導(dǎo)強優(yōu)勢雜交組合的科學(xué)組配；深入解析雜種優(yōu)勢相關(guān)基因網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)分子設(shè)計育種提升，親本資源的利用率。其次，從新型不育系的創(chuàng)制與應(yīng)用策略方面，分析了利用線粒體基因編輯、單倍體誘導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)制新型細(xì)胞質(zhì)雄性不育系的可行性；以及利用細(xì)胞核雄性不育系的恢復(fù)系選擇靈活的特點，通過“兩系”法及第三代智能多控技術(shù)實現(xiàn)雜交大豆育種應(yīng)用的前景。

圖1 基于GMS的第3代雜交大豆育種系統(tǒng)工作流程

在親本異交率的提升方面，文中指出了通過挖掘和系統(tǒng)解析影響大豆異交率，如花器官結(jié)構(gòu)及昆蟲采集物相關(guān)性狀的關(guān)鍵基因和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，用于改良與創(chuàng)制高異交率親本，提升蟲媒傳粉效率的途徑。

圖2 大豆異交率的提升途徑.

最后，在雜交制種技術(shù)體系優(yōu)化方面，提出了基于親本籽粒表型差異、育性基因特性及除草劑抗性差異等混合制種技術(shù)，實現(xiàn)制種效率提升和成本降低的解決方案。該文通過系統(tǒng)分析制約雜交大豆產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素，提出大豆雜種優(yōu)勢利用的整體解決方案，并展望了新興技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用前景。該論文通過理論創(chuàng)新與實踐經(jīng)驗相結(jié)合，旨在為育種工作者提供系統(tǒng)化的研究思路，推動雜交大豆技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所張春寶研究員為該論文的第一作者及共同通訊作者，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李紅菊研究員為該論文的通訊作者，楊向東研究員和陳澍燕助理研究員參與了論文撰寫。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（32372149, U21A20215, 32425009）、國家重點研發(fā)計劃（2022YFF1003500）和國家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-04）的支持。

文章信息

張春寶，楊向東，陳澍燕，等。大豆雜種優(yōu)勢利用: 挑戰(zhàn)與創(chuàng)新路徑 (J/OL). 科學(xué)通報, 2025, 70 (19): 3084-3100.

https://doi.org/10.1360/CSB-2025-0324

轉(zhuǎn)載、投稿請留言

| 關(guān)注科學(xué)通報 | 了解科學(xué)前沿