提升经济作物育种技术 助力农业提质增效

江小原

经济作物是我国农业增效、农民增收的主要来源，提高经济作物育种技术和创新能力，关系着我国农业相关产业发展的质量、速度和效益。近年来，我国在大豆、长绒棉、油菜等经济作物育种方面取得的成绩证明，我国科技人员有能力在经济作物的育种领域实现突破。

关键词：经济作物；大豆育种；长绒陆地棉；杂交油菜

大豆、棉花、油菜、蔬菜等主要经济作物是我国农业增效农民增收的主要来源，是社会经济的重要组成和命脉，与人们的生活和健康息息相关，也为工业提供了天然原料。尤其是蔬菜、油料、棉花的持续供应和长足发展，关乎国际贸易、经济发展、社会稳定，也是当代人们健康的重要保障。据农业农村部扶贫办调度数据，2019年，832个贫困县蔬菜种植面积为2668.9万亩，总产量为16349万吨，实现销售额1062.9亿元，带动贫困人口258.7万人。据中国农科院数据，2020年，经济与园艺作物种植面积约6.6亿亩，总产值4.09万亿元，占种植业总产值的79.9%。

显而易见，经济作物品种的发展水平直接关系到我国农业相关产业发展的质量、速度和效益，提升经济作物育种技术水平和创新能力的重要性不言而喻。

大豆逆势增产背后的育种支撑

大豆是重要的油料和蛋白饲料作物之一。我国的大豆消费需求包括食用大豆和压榨（油用及饲用）大豆两大类。“十三五”期间，我国食用大豆年均消费量约为1600万吨，压榨大豆年均消费量为9000万吨，大豆年均消费总量超过1亿吨，比“十二五”期间增长30%，预计“十四五”期间我国大豆年均消费量将在1.2亿吨左右。

2020年，我国大豆平均亩产132.4公斤，比2016年提高11%。中国工程院院士、中国农业科学院副院长万建民表示，在主产区立地条件欠佳的不利形势下，大豆亩产水平的提高，得益于育种科技的进步。

我国大豆种植主要分布于黑龙江、安徽、内蒙古、吉林、河南等省份，近年来国内大豆平均亩产有一定提高，但仍处于较低水平，大豆种植综合收益不佳。“十三五”期间，大豆新品种的培育从以产量为核心向优质专用、抗病抗逆、资源高效、管理轻简化的多元化方向发展，以满足不同大豆生态区对品种的个性化需求。

随着种植结构调整及“大豆振兴计划”的实施，近年来我国大豆实现稳定增产。北京大北农生物技术公司南美业务负责人于彩虹表示，面对大豆消费需求的不断增长，我国大豆总产量还需提高。我国生物育种技术自主培育的大豆品种也开始大范围推广，并逐渐走向国际。

于彩虹介绍说，由于大豆种植效益偏低，国内相当一部分大豆生产用地属于营养水分失衡的非优耕地，干旱、涝害、土壤盐碱化等非生物胁迫因素严重制约了优良大豆品种的产量潜力发挥。传统大豆育种方法主要依赖于表型选择，效率较低，而生物育种技术能够显著提升大豆性状改良与品种创新效率，有助于高效培育具备综合抗逆性的环境友好型品种。因此，大豆生物育种策略的关键是，挖掘大豆育种关键基因，改良和创制优异的育种基础材料，构建分子育种平台，发展智能设计育种。

于彩虹举例说，大豆是光周期敏感的短日照作物。大豆对光周期的反应通常影响着成熟期的长短，从而影响产量。具体表现为同一品种在高纬度地区光照时间长、开花晚、成熟晚、产量高；而在低纬度地区光照时间短，则开花期提前，成熟较早，产量低。历史上大豆驯化与选育主要在中高纬度地区完成，而低纬度地区则长期被认为不适于大豆的种植及生产。大豆长童期性状在20世纪70年代被发现，并成功应用于低纬度地区大豆育种。20世纪90年代，研究发现J是控制大豆长童期性状的关键位點，然而其编码基因和分子调控机制一直未明确。

2016年，华南农业大学年海课题组和中国农业科学院作物科学研究所韩天富课题组在《分子植物》上发表论文，阐述了研究者们寻找了半个多世纪的大豆长童期基因J，并揭示了J来自中国、美国和巴西等不同品种大豆各生育期的分布规律；2017年和2020年，广州大学教授孔凡江、刘宝辉团队及其合作者团队先后在《自然？遗传学》杂志上发表两篇论文，报道了大豆长童期关键基因J的克隆及进化机制研究成果，揭示了大豆光周期调控开花的分子调控网络，系统阐释了大豆中高纬度适应的多基因进化机制。

长童期基因J可以作为改良大豆短日照高温适应能力的分子靶点。大豆具有了长童期性状就可在短日照条件下，延长成熟期并提高产量。研究发现，长童期基因J促进了光周期开花，且该基因突变型可推迟低纬度短日照条件下大豆开花时间，使大豆产量比野生型提高30%—50%。此外，长童期基因J上至少存在着8种功能缺失型等位变异位点，在育种中导入相关位点有助大豆品种在我国南方低纬度地区大面积推广和种植，缩小大豆种植的地区差距。

长童期性状在育种上的发现与应用，使得大豆的种植在低纬度地区快速扩展，从而使巴西等地迅速成长为世界上主要的大豆生产国与出口国，显著改变了世界大豆的生产形势。

高质量参考基因组是作物育种基础研究和应用研究的基础。我国科学家曾经成功对大豆品种“中黄13”参考基因组进行了组装和注释，然而不同大豆种质资源之间存在较大的遗传变异，单一或少数基因组不能代表大豆群体的所有遗传变异，大豆分子设计育种亟须能够代表不同大豆种质材料的全新基因组资源。

2020年，中国科学院田志喜、梁承志、韩斌等研究者通过全基因组重测序对全球2898份具有遗传多样性的大豆种质材料进行分析和鉴定，进而构建了世界首个大豆泛基因组。本次泛基因组研究所选用的大豆种质材料具有重要的育种和生产价值，其中“满仓金”“十胜长叶”等种质材料作为骨干核心亲本已各自培育出“黑河43”“齐黄34”等上百个优良新品种，这些品种被各个大豆主产区大面积推广种植。

据于彩虹介绍，分子标记辅助选择、全基因组选择等是分子育种的代表性技术，其旨在对大豆内源基因进行聚合或修饰，赋予大豆新的性状，而这些育种技术的应用都依赖于对大豆功能基因组的深入研究和全面了解。因此，大豆泛基因组和相关自然群体遗传变异的发布为大豆育种技术研究提供了重要的资源和平台，也为推进大豆分子设计育种、提升大豆产量奠定了基础。

此外，“十三五”期间，国内科研院所还通过全基因组关联分析、连锁分析，基因组重测序等分子手段，鉴定克隆了一系列与大豆产量、品质、抗逆性、生育期等重要性状相关的关键基因，解析了一批新基因的功能和重要性状形成的分子机制，构建了大豆分子育种平台。

随着大垄密植、浅埋滴管、免耕覆秸等技术模式的不断成熟，良种良法结合，刷新了小面积高产纪录，创造了大面积高产典型。万建民介绍说，比如，“中黄37”蛋白质含量高、籽粒大，成为黄淮海地区主栽品种之一；“中黄30”抗旱耐阴，成为西北地区主栽品种；“中黄901”早熟高产，抗大豆灰斑病，适宜东北北部种植；“中黄39”适宜种植区域从北纬20度到40度，是我国种植区域纬度跨度最大的大豆品种。

长绒陆地棉的逆袭

作为纺织工业的主要原材料之一，棉花是关系国计民生的重要战略物资，在国民经济中占有重要地位。中国是全球主要的棉花生产国和消费国，总产量和单产均居世界首位。

我国棉花产业链涉及棉花加工、流通、纺织、印染、服装、出口等多个行业。而追溯到这些行业的源头，都离不开一粒小小的棉种。棉种质量的好坏直接影响和决定着春播能否实现一播全苗。

作为世界上栽培棉种中最为广泛的两类栽培棉种，陆地棉产量高、适应性广，占世界棉花总产量90%以上；海岛棉产量低，但纤维具有长、强、细的特性，使得织出来的布料顺滑有光泽、韧性十足、悬垂感强，是纺织纤维的上上品，价格不菲。

由于海岛棉产出的棉纤维细长、坚韧，又被称为长绒棉，是业界公认的“棉中极品”。“但长绒棉生长需要的热量大、周期长，在热量条件相同的情况下，长绒棉的生长期比陆地棉长10—15天。”湖南省棉花科学研究所副研究员陈浩东介绍说，由于对种植环境要求更高，我国海岛棉仅在新疆南疆零星种植，因适应性普遍较差，难以大面积推广应用。

长绒棉由于日照时间长，因而成熟度高，棉绒长，手感好，品质远优于普通棉，相对一般陆地棉纤维而言，商业价值也更高。虽然我国棉花产量位居世界前列，但我国棉花生产也面临瓶颈，棉类型单一、纤维品质和纤维强度偏低等问题突出。

随着人民生活水平的日益提高和现代化纺纱技术的高速发展，国内国际市场对长绒棉的需求量将不断增加。陈浩东表示，近年来，我国用于生产长绒棉的海岛棉年产量仅4万吨左右，而年需求量在16万吨上下。长绒棉的短缺困扰着我国优质棉产业的健康可持续发展。

陈浩东说，业界普遍认为，只有海岛棉才能产出长绒棉。一直以来，他们都想解析陆地棉和海岛棉在产量、适应性和品质等方面差异的原因，并试图将二者优势结合起来，选育产量高、适应性广、纤维品质达到长绒棉标准的陆地棉新品种。陆地棉和海岛棉最显著的区别之一，就是纤维长度。35毫米是个坎儿，大多数陆地棉品种很难达到这个标准。另外，纤维越细长，对韧性越是考验。强度上不去，也很难应用于生产。在育种过程中，棉丝变细强度往往会降低，在纺织过程中容易拉断，只有同时具备长、细、强这三点，才可以纺织出高质量纱线，达到80支以上的高支棉就往往会有一种丝绸般的触感。

在育种过程中陈浩东又发现，有时候品质提升了，产量又下去了。育种过程中，此消彼长的矛盾如何调和？“种植条件的改善很难突破这道坎儿，只能靠遗传因素来改变”。

功夫不负有心人。通过构建超大分离群体，多次回交、混交及自交，陈浩东团队克服了远缘杂交疯狂分离的难题，并经过混生病圃的强化筛选，最终培育出陆地棉新品种“湘C176”。打破了棉花育种史上长期难以打破的产量性状和品质性状的遗传负相关，实现了高产、优质、抗病的综合优势，单铃重达到5.8克，衣分41.4%，纤维上半部平均长度35.4毫米，断裂比强度36.5cN/tex，耐枯、黄萎病。

棉花品种质量好坏，直接影响农户种植效益。据陈浩东介绍，纺织企业来地头收棉花时，纤维长度大于30毫米的棉絮中，纤维每长一毫米，每吨收购价就能高200元钱。当纤维长度达到35毫米以上，回收价会直接跳升一个档，达到一吨增加8000元左右，价格可增长近二分之一。

目前，“湘C176”已在长江、黄河流域进行过示范种植，长势良好。不光适应性广，“湘C176”的衣分更是达到了42%。一般品种平均在40%左右，衣分越高，轧花厂就愿意收，收购价格越高。陈浩东算了一笔账：一亩地一般品种产量在五六百斤，亩收益通常在1500—1800元左右。“湘C176”常规种产量与杂交种产量相当，增值效应将主要来自于衣分和品质，凭借品种优势，“湘C176”至少能让农户效益提升三分之一左右。

去年，“湘C176”通过了湖南省审定，这意味着原来仅能通过产量低、种植区域极小的海岛棉品种生产的纺高支纱原棉，今后也可通过产量高、适应性广的陆地棉进行生产，陆地棉终于成功逆袭。

2020年，湖南棉花科学研究所与新疆国欣种业有限公司、湖南安乡县农业局经作站合作，在新疆、安乡等地建立了5个“湘C176生产示范基地”进行示范推广，受到了农户、加工厂和企业的广泛认可。

据介绍，明年“湘C176”将进行商业化开发，以订单生产模式进行推广种植，该品种的推广应用将进一步满足我国纺织产业对长绒棉的供应需求，有望改变我国纺高支纱优质原棉主要靠国外进口的局面，助力我国纺织产业提质升级。

杂交油菜助农增收

油菜是我国重要的油料作物，我国每年生产食用植物油约1000万吨，油菜籽油占一半以上。十三五期间，我国油菜高油育种跃居世界领先水平。华中农业大学教授、中国工程院院士、第三世界科学院院士傅廷栋见证了我国油菜的发展历程：40年来，油菜种植面积增长了3倍、亩产量增长了3倍、总产量增长了近10倍。油菜作为我国第一大油料作物，所产菜籽油占国产油料作物产油量的近50%。

傅廷栋专注杂交油菜育种60余年，带领团队培育近60个油菜品种，被称为“世界杂交油菜之父”。同时，他也是一名始终奋战在扶贫一线的科学家，年过八旬，依然常年奔波在全国各地的油菜田里。不久前，傅廷栋荣获“全国脱贫攻坚先进个人”荣誉称号。

20多年前，傅廷栋在调研中发现一到七八月份收割完小麦，西北地区的土地就空着了，容易造成生态环境恶化，同时，农牧地区饲料严重短缺。1999年，他开始在位于“三区三州”国家深度贫困地区的甘肃和政试验麦后复种饲料（绿肥）油菜，研究推广双低杂交油菜品种。自此，秋闲种饲料油菜，逐渐成为西北、东北多地的选择。这不但缓解了西北、东北秋冬青饲料不足的难题，而且增加了绿色覆盖。

二十多年来，和政县油菜种植面积从2.5万亩扩大到16万亩，亩产从100公斤增至200公斤，品种全部实现优质化（低芥酸、低硫苷），杂交种全面普及。2019年11月，和政整县脱贫摘帽，傅廷栋院士也被和政县政府授予“荣誉市民”称号。

近两年，在傅廷栋院士的大力倡导和亲自推动下，华中农业大学与甘肃和政在农业技术攻关、科技成果推广、特色产业发展等领域全面合作。2020年10月，双方签订了在和政县共建“华中农业大学临夏现代农业研究院”“西北寒旱农业研究院”协议，合作内容从油菜拓展到其他作物、食用菌、先进农业、寒旱农业等诸多方面。

据傅廷栋介绍，随着油菜领域的科技进步，如今的油菜具有六大功效，除用于产油和饲料之外，还可以用来发展蔬菜、绿肥、采蜜、观花旅游。傅廷栋团队里的科研人员已经在从事油菜花色研究，油菜花将不再只是黄色，油菜田里将增添更多的色彩。

对于如何将油菜产业效益最大化，傅廷栋团队已在西北地区探索麦收后种油菜十几年，两个月的秋季闲田种植，既改善了田地绿化，又让农民每亩增收4吨左右的青饲料，缓解了当地畜牧业发展中的饲料问题。这也成为油菜产业一个新的增长点。

傅廷棟提出，新疆有1亿亩盐碱地，土壤养分严重不足。对于重度盐碱地，可种植饲料油菜，第一年油菜翻耕作绿肥，第二年就可作饲料。

在新疆北部，通过改良饲料油菜种植技术、推广油菜新品种，农民在盐碱“花花田”上也能种出植物来；在新疆南部，饲料油菜技术简单易上手，是农牧结合的好项目。

傅廷栋预计，北方有2000万—3000万亩秋闲地、南方有4000万—5000万亩冬闲田，再发展1000万亩饲料油菜是可能的，这相当于3亿到4亿亩中等草原产草量，发展潜力巨大。