大豆常規(guī)育種和分子育種相結(jié)合的研究進(jìn)展

□文/崔少彬 于曉光 陳祥金 魏然 刁鶴楠

大豆屬于油料作物，含有豐富的蛋白質(zhì)。大豆可以制成多種食物，例如：豆腐、腐乳等。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的精神和物質(zhì)需求都得到了滿足，開(kāi)始追求生活質(zhì)量，對(duì)于大豆品種也有了更高的需求，相對(duì)于其他國(guó)家來(lái)說(shuō)，我國(guó)大豆的自產(chǎn)率低，大多依賴國(guó)外進(jìn)口。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023 年5 月我國(guó)進(jìn)口大豆1202 萬(wàn)噸，增幅24.3%。雖然我國(guó)大豆育種工作已經(jīng)出現(xiàn)成效，但與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距，為進(jìn)一步提高大豆的育種率，筆者將對(duì)大豆常規(guī)育種和分子育種相結(jié)合開(kāi)展研究，不斷提高育種效率和加快育種進(jìn)程。

一、大豆后代的選擇

在對(duì)大豆后代進(jìn)行選擇時(shí)，為保證育種目標(biāo)需要綜合考慮抗逆性、含油量、蛋白質(zhì)以及產(chǎn)量，可以借助分子標(biāo)記的方式來(lái)輔助大豆后代選擇，在選擇材料時(shí)，將選擇的重點(diǎn)放在表型和基因型一致的材料上。

在研究人員早期選擇材料，為后期育種實(shí)踐做準(zhǔn)備時(shí)，首先需要通過(guò)目測(cè)的方式選擇品相、狀態(tài)優(yōu)質(zhì)的單株。初次選擇高代材料時(shí)，需要根據(jù)田間目測(cè)的方式，田間的目測(cè)方式應(yīng)分為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗倒以及抗病，先淘汰一些品相差的不良植株，之后根據(jù)植株生長(zhǎng)表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)分。結(jié)合室內(nèi)綜合評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)以及產(chǎn)量選出優(yōu)質(zhì)品種和植株，進(jìn)一步參與到育種單位所創(chuàng)辦的內(nèi)部比較實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選拔出優(yōu)質(zhì)植株，加以培養(yǎng)參與到后續(xù)各省、各區(qū)域之間的比較試驗(yàn)中，將通過(guò)層層篩選，得到各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)定的大豆植株，經(jīng)過(guò)省級(jí)、國(guó)家級(jí)品種審定委員會(huì)審定后，整個(gè)大豆后代選擇就可以確定。

二、大豆育種方法

目前，大豆有多種育種方式，例如：分子育種、引種、雜交育種、輪回育種、系統(tǒng)育種以及輻射誘變育種等。現(xiàn)階段，我國(guó)科研單位中，省級(jí)科研單位大多采用雜交和分子這兩種育種模式，而市級(jí)科研單位則只采用雜交育種模式。針對(duì)育種年限對(duì)常規(guī)大豆育種進(jìn)行分析，研究人員從選擇優(yōu)質(zhì)大豆植株，培育出圃整個(gè)過(guò)程會(huì)耗費(fèi)研究人員5 年的時(shí)間，再出圃接受鑒定、參加區(qū)域試驗(yàn)又會(huì)花費(fèi)5 年時(shí)間。因此，育種單位為了提高育種效率，縮短育種年限，會(huì)利用海南冬季的光溫條件對(duì)育種材料進(jìn)行繁殖加代，這樣能夠在一年內(nèi)收獲兩代材料。除此之外，還可以選擇在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)溫室，將溫室調(diào)節(jié)到適宜培育大豆的標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)收獲兩代甚至多代的材料。

（一）常規(guī)育種。在常規(guī)育種中，科研人員可以選擇的育種方式共有5種。分別是：雜交育種、回交育種、自然變異選擇、群體改良以及輪回選擇。在對(duì)育種方式進(jìn)行選擇的過(guò)程中，科研人員需要采用篩選或引進(jìn)優(yōu)質(zhì)基因材料的方式，對(duì)優(yōu)質(zhì)材料進(jìn)行鑒別和評(píng)定，保證其能夠參與到試驗(yàn)中，將優(yōu)質(zhì)變異材料進(jìn)行培育，保持水量和肥料的供給，加強(qiáng)田間管理，降低試驗(yàn)中出現(xiàn)失誤的概率。堅(jiān)定優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗逆等育種目標(biāo)。研究人員經(jīng)過(guò)10年的選擇、培育以及試驗(yàn)，選育出最符合目標(biāo)的大豆育種種類。

雜交是一種常用的育種方式，被試驗(yàn)單位廣泛應(yīng)用。相關(guān)資料顯示，20 年間，有141 個(gè)大豆品種經(jīng)過(guò)國(guó)家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，這141 個(gè)大豆品種中有131 個(gè)大豆品種為雜交育種選育［1］，由此可見(jiàn)，雜交育種在我國(guó)大豆育種中的重要地位，雜交育種技術(shù)主要有混合法和系譜法，兩種技術(shù)方法最主要的區(qū)別就在于是否在早期就開(kāi)始進(jìn)行單株選擇。混合法是從第四代開(kāi)始進(jìn)行單株選擇，系譜法則在第一次進(jìn)行分離世代時(shí)就開(kāi)始根據(jù)育種目標(biāo)對(duì)后代單株進(jìn)行選擇。目前在生產(chǎn)上大多采用混合法進(jìn)行選擇，這種方法能夠最大限度地保留變異株系，從而更好地讓試驗(yàn)人員選出優(yōu)質(zhì)品種。

（二）分子育種。相關(guān)調(diào)查顯示，研究單位進(jìn)行大豆分子育種的過(guò)程中，共將其分為三類，首先是分子設(shè)計(jì)育種。這種育種方式，主要是利用生物學(xué)技術(shù)以及基因技術(shù)，通過(guò)選取科學(xué)合理的方案進(jìn)行育種；其次是轉(zhuǎn)基因育種。這種育種方式通過(guò)利用現(xiàn)代生物技術(shù)，增強(qiáng)多個(gè)或單個(gè)基因改良植物的性狀，保證植株培育過(guò)程的穩(wěn)定，最終完成改良的目的；最后是分子標(biāo)記輔助選擇。這種育種方式，主要通過(guò)研究人員對(duì)分子進(jìn)行標(biāo)記，從而判斷基因是否存在，最終完成目標(biāo)性狀的選擇，在植物改良過(guò)程中，通過(guò)分子標(biāo)記選擇方法能夠起輔助作用，這種分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)包括電泳核型技術(shù)、DNA芯片、PCR以及分子雜交等。

當(dāng)前社會(huì)已經(jīng)將抗蟲(chóng)基因應(yīng)用到商業(yè)化種植中，現(xiàn)階段我國(guó)抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆，主要有兩種，一種是中黃6106，另一種是DBN9004［2］，并且這兩種大豆早已在2020年就獲得了相關(guān)生產(chǎn)安全證書(shū)。與非轉(zhuǎn)基因大豆相比，轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)于害蟲(chóng)有極高的抵抗性，能夠減少農(nóng)藥、化肥的使用。大規(guī)模種植抗除草劑大豆或轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)大豆能夠有效控制大豆受到草害和蟲(chóng)害，提高大豆的品質(zhì)和產(chǎn)量。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)技術(shù)水平也在不斷地發(fā)展，國(guó)內(nèi)有多家生物育種平臺(tái)應(yīng)用到分子育種技術(shù)，并取得了一些成果，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距，需要繼續(xù)深入研究。

三、常規(guī)育種與分子育種結(jié)合

常規(guī)育種和分子育種各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，在將大豆常規(guī)育種與分子育種結(jié)合時(shí)，需要將兩者優(yōu)劣互補(bǔ)，提高大豆的種植效率。首先可以從其他作物或是野生材料中尋找有益基因源；其次需要研究大豆基因克隆以及基因功能，通過(guò)常規(guī)大豆育種的方式，基因型改良大豆的品種，促使培育出的大豆品種更適合生產(chǎn)；最后常規(guī)大豆育種篩選主要是通過(guò)油分含量、蛋白、產(chǎn)量、表型以及植株類型等［3］，常規(guī)育種與分子育種結(jié)合的大豆育種則需要加入一些分子育種的方式，利用分子輔助標(biāo)記的方式幫助相關(guān)研究人員選擇大豆品種，還是表現(xiàn)型大豆品種，從而縮短育種的時(shí)間，提高育種效率。

四、常規(guī)育種與分子育種結(jié)合未來(lái)展望

現(xiàn)階段，分子育種正處于快速發(fā)展時(shí)期，特別是CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)進(jìn)入到公眾視野，打消了部分人對(duì)轉(zhuǎn)基因食品安全顧慮，逐漸接受轉(zhuǎn)基因糧食，分子育種在大豆育種上的應(yīng)用，能夠減少大豆育種的時(shí)間，并利用田間鑒別的方式選擇出抗性優(yōu)良的大豆品種。提高我國(guó)大豆新品的培育率。