大豆种质资源创新及产业化的对策研究

■ 陈庆山 杨明亮 武小霞

中国作为人口大国，历来重视粮食安全问题。种子是农业的“芯片”，种子安全是粮食安全的基础。近些年来，我国农作物品种选育取得了较大的进步。生产上，具有自主知识产权的品种种植面积超过了95%，两大口粮作物水稻、小麦品种完全做到了自给，玉米、大豆种源也有保障。大豆品种种子虽然能完全自给，但国际竞争力却不强，核心还是存在着种质资源创新不足、品种单产水平低、技术创新能力弱等问题。

国家在反复强调解决作物种质资源创新和种子“卡脖子”问题。2020年12月召开的中央经济工作会议郑重提出“解决好种子和耕地问题。保障粮食安全，关键在于落实藏粮于地、藏粮于技战略。”针对种质资源保护和利用、种子库建设、生物育种等关键要素都进行了阐述。2021 年2 月21 日出台的中央一号文件，进一步强化了“打好种业翻身仗”的战略部署，明确指出加强农业种质资源保护开发利用，实施农业生物育种重大科技项目。对于原有优势作物要加快优异品种选育保持竞争力。对于大豆要加快高产、优质和多抗食用型新品种选育。2021年全国“两会”上，多名代表都反复提及作物种质资源保护利用、种子和种业的发展问题。因此，对于大豆来说，确保安全首先要做的是种质资源搜集、保存和精准评价；其次是种质资源创新和高产优质新品种选育；第三是种子的安全生产和种业的发展问题；最后是品种的生产推广和商品粮的供应链。加快大豆种质资源评价创新体系完善和突破性新品种选育进程，实现“打好种业翻身仗”的预期目标，有序推进大豆生物育种产业化应用，推动国内大豆种业“航母”的形成，确保中国碗主要装中国粮、中国粮主要用中国种。

一、大豆种质资源鉴定和品种研发现状

第一，大豆种质资源搜集保存数量丰富。中国是大豆起源地，具有丰富的野生、半野生和栽培大豆种质资源。1949年以来，我国组织专家于1956 年、1979 年和1990 年共进行了三次全国范围收集，共收集栽培大豆品种资源23000 多份，并编辑成册。至今，《中国大豆品种资源目录》已出版4册，编入大豆品种28579份，其中国内品种25361份，引进品种3218份，收录审定品种（至2014年）3168份。这些材料主要保存在中国农科院作物科学研究所的世界最大的大豆种质资源库中。

中国是大豆的故乡 （资料图）

第二，大豆核心种质构建系统深入。中国大豆科技人员对《中国大豆品种资源目录》的大豆品种都进行了主要农艺性状的调查记载。因为大豆种质资源过多，难以全部利用，为了在育种和研究中可以选择性地利用有代表性的材料，中国农科院作物科学研究所牵头构建了大豆核心种质，用最小的样本代表其全部遗传资源的最大遗传多样性。栽培大豆上，针对23587份材料构建了2794份材料的初选核心种质。又利用14个农艺性状、60个SSR位点分别建立了微型核心种质和应用核心种质。他们又进一步与吉林省农科院合作，构建了野生大豆和栽培大豆的总体核心种质，取样数为2660份（野生大豆703 份，栽培大豆1957 份）。与种质资源总体比较，核心种质的农艺性状表型值的符合度为98.3%。

第三，大豆优异性状持续精准挖掘。中国农科院作物科学研究所一直在组织大豆生产三大生态区的科研单位，对代表性栽培大豆种质资源开展多年多点性状调查，完成大豆重要农艺性状的精准鉴定，获得了一系列高产、早熟、高蛋白、高油等优异种质资源。在此基础上，大豆基因组测序也带动了我国大豆基因发掘研究，已先后有几千份种质资源完成基因组重测序。同时，中国农科院作物科学研究所针对不同研究方向的需求，开发出高通量、功能型的SNP育种芯片3套。因此，系统开展我国大豆的精准表型鉴定和规模化基因型鉴定，将有助于我国大豆优异种质和基因资源的创新、发掘和利用。

第四，我国大豆品种研发数量多，基本可以保证自足。大豆育种的重要目标是高产、稳产，目前我国主要通过系统选育、杂交育种、辐射育种、化学诱变育种、分子辅助育种等方法来进行大豆种质创新。总体来看，我国大豆品种数量多，但大品种数量少。2018年我国大豆主产区推广面积10万亩以上品种231个，较2017年增加21个，累积推广面积9713万亩。其中北方春大豆品种123个，黄淮海夏大豆品种72个，南方多熟制大豆品种36个；主推品种面积占我国种植面积的85.3%。其中：推广面积200万亩以上品种有6 个，累积推广面积2541 万亩；推广面积100万～199万亩品种有13个，累积推广面积1731万亩；推广面积50 万～99 万亩品种有23 个，累积推广面积1560 万亩；推广面积20 万～49 万亩的品种有85 个，累积推广面积2569 万亩；推广面积10 万～19 万亩的品种96 个，累积推广面积1312 万亩。这些品种具有熟期适中、稳产性好、适应性广、耐逆性强、子粒商品性优等特点。

二、大豆种质资源创新与品种研发存在的瓶颈

第一，大豆种质资源保护、鉴定和利用创新性不足。首先，我国作为大豆起源地，野生大豆资源丰富，但随着社会和农业发展，野生大豆的生物多样性和原生态分布受到较为严重的破坏。其次，在大豆驯化和人工选择过程中产生了大量的农家种，这些种质中含有与大豆驯化、高产优质等性状相关的基因资源，但目前对农家种重视和利用不够充分。再次，大豆种质资源创新性有待于进一步提高，需要不断通过新的方法和思路，能够产生新的性状组合，为新品种的选育提供优异遗传材料。最后，不同区域特殊的气候条件，形成了独特的种质资源类型，这些地区种质资源必须经过改良才能应用。

第二，大豆种质资源创新平台建设不足。我国现有大豆种质资源创新平台主要针对传统大豆品种选育流程，与现代数字化、智能化大豆资源创新和品种选育脱节。传统的作物育种表型分析规模小、效率低、误差大，已成为制约功能基因组学和分子设计育种发展的瓶颈。在大豆品种研发过程中，表型获取的精准鉴定缺乏自动化表性研究手段和平台，研究效率低，亟须升级，因此，高通量、全方位、自动化的作物表型组获取将成为大豆育种技术提升的关键。

第三，大豆优异品系鉴定机制不完善。大豆重要农艺性状，包括高产、优质、耐逆等性状均为数量性状，调控这些性状的主效基因较多，且存在明显的基因与环境条件互作。选育高产优质耐逆性强的大豆优良品系，需要在不同环境条件下进行多代表型鉴定，因此，对大豆优异品系进行多年多点联合鉴定显得尤为重要。但国内大豆品系多年多点鉴定工作大多是各个育种单位独立进行，信息沟通不畅，数据难以共享；各育种单位单独选点，地点代表性也受到限制；多年多点鉴定的技术人员和管理人员水平参差不齐，很难保证鉴定结果的科学性和稳定性，鉴定数据参考价值有待于进一步提高。这些问题严重制约了优异品系鉴定和优良大豆品种培育。

第四，大豆优异品种选育的技术瓶颈。首先，大豆育种骨干亲本相对单一，用于大豆新品种选育的种质资源相对贫乏，品种遗传基础狭窄，品种产量潜力低，品质性状不能满足市场需求。其次，我国各育种单位的育种方式大部分停留在杂交育种和育种家人工选择，生物技术手段利用与常规育种基本脱节，针对重要农艺性状的控制基因和网络不能精细解析，很难实现优异等位基因的聚合和利用。最后，各育种单位育种平台构建缺少顶层设计，精准表型研究缺少创新技术，很难在生物育种中实现“从0到1”的原始创新引领。

三、大豆种质资源创新及产业化的解决对策

第一，加强大豆种质资源保护、评价和创新。首先，应在我国建立多元化的种质资源库，在农科院系统原有体系基础上建立作物种质资源总库，依托高校建立创新资源和基因库，依托种业企业建设作物优异品系和品种库。其次，加快大豆种质资源评价进程。利用最新的表型技术，加大对种质资源的性状评价和遗传研究，利用多组学技术发掘现有种质的价值和新的基因源，探明其遗传基础，不断地提供超高产育种的供体亲本。最后，完善大豆种质资源创新体系。利用杂交、回交、诱变和生物技术手段，加快新群体和新类型材料创制。如染色体回交导入系、巢式关联作图群体、多亲本高世代互交群体和大豆突变体库等，用于优良性状的选择和基因功能解析。

第二，建立多环境大豆品种、品系鉴定体系。依托种业和政府管理部门，建立一套统一的大豆优异品系多年多点鉴定体系。在代表性地块选择、人员配置、经费预算、管理制度等方面都要统一部署，每年认真评价鉴定有效性，这样才有利于大豆种质资源创新成果快速转化成生产力，加快大豆产业发展。在鉴定的同时，各个区域设置展示田，基于“良种+良法=高产高效”的理念，打造节本增效高产环保型精准农业示范技术体系，加快大豆优异品种推广，逐步实现高产优质栽培技术集成，形成高效的智慧农业种植模式。

第三，建立高效大豆生物育种平台。建议依托“高校—科研院所—种业”三个体系融合构建“五级生物育种平台”。一是构建杂交育种平台。在种质资源创新的基础上，通过杂交引入变异，为优异品系品种选择奠定材料基础。二是建立分子育种平台。以高校和种业为基础，利用高校研发技术和人才储备构建高通量核酸提取、测序及分子标记平台等，实现分子辅助育种、全基因组选择分析、基因编辑等技术与常规育种技术结合，在后代材料中固定优异等位基因。三是建立表型分析平台。在室内建立高通量表型精准鉴定平台，包括便携式植物表型平台、台式植物表型平台、传送带式植物表型平台等，实现常年稳定的大豆表型收集和分析。在室外，建立田间高通量表型平台，通过无人机平台组成天网系统，配合由地面手持设备、长期监测设备等组成的地网系统，组建大田作物的天地网监测系统，为大豆生长发育研究提供快速、精准的方案。四是建立生理育种平台。依托前面的大豆表型分析平台，配备专业设备和传感器，研究个体和群体的生理生化指标，定性、定量分析特定品种作物在特定环境下所表现的农艺性状，筛选抗逆性好、稳产性好和高效的品种品系。五是建立生态育种平台。结合以上平台研究进展，依托大尺度测量手段，对大豆生态适应性和群体综合性状进行广泛研究，结合品质分析、抗性分析等检测手段获得高产、优质、广适应性的大品种。通过这个平台建设，实现万建民院士提出的种业“生物技术+人工智能+大数据信息技术”的育种“4.0时代”。

第四，生物育种产业发展的软条件建设。首先，要依托农业科研企事业单位，尤其是农业高校加强种业人才的培养。当前国内农业人才不多，很多学农的人才都转到生物研究，基层农业人才开始出现断层。生物育种人才更是达到了稀缺的程度，一个优秀育种人员的培养不仅仅要有高学历，还要有多年的生物育种实践。因此国家和省市需要在多个层面加大人才引进和培养力度，一定要引培并举，重在本土化、区域化发展。其次，要健全商业化育种体系，强化产学研深度融合的技术创新体系，建立“高校—科研单位—种业”人才、成果共享机制，减少交流瓶颈，保障三者良性互动，促进科企合作。最后，要强化农业和种业发展密切相关的知识产权保护。大豆是自交作物，种业发展空间很小，知识产权保护与种业安危息息相关。要逐步建立国家种业知识产权强制保护制度和国家种业知识产权公益保护制度，健全种业知识产权保护的法治环境，严厉打击侵权行为，才能保证种业健康有序发展。