科学通报 | 大豆杂种优势利用的研究进展和展望

近日，南京农业大学盖钧镒院士，杨守萍教授团队在《科学通报》上总结了大豆杂种优势利用的研究进展并进行展望。

大豆作为重要的油料和粮食作物，在我国农业生产和粮食安全中占据重要地位。然而，我国大豆产业长期面临突出的对外依存困境。据统计，近五年我国大豆进口量两次突破1亿吨大关，且进口规模持续处于高位，对我国粮食安全构成严重威胁。近年来，我国高度重视大豆产业发展，先后出台“大豆振兴计划”、“大力实施大豆和油料产能提升工程”和“巩固大豆扩种成果，支持发展高油高产品种”等专项政策，推动我国大豆种植面积和总产量实现恢复性增长，但仍无法满足实际需求。目前，我国大豆单产与美国、巴西等大豆主产国相差80～100公斤/亩，仅为全球平均单产的70%。在有限的耕地面积下，深挖单产潜力已成为突破我国大豆产能瓶颈、降低对外依存风险的核心路径。

图1 大豆杂种优势利用研究进展汇总

杂种优势利用是提高作物单产的重要途径之一，在水稻、油菜、玉米等作物上已得到广泛应用，并取得了显著的经济和社会效益。全球约70%的玉米、中国约50%的水稻以及欧洲约90%的油菜品种均为杂种品种。早在上个世纪国内外就开展了大豆杂种优势利用的探索，研究结果表明大豆具有明显的杂种优势。 大量研究证实利用杂种优势可使大豆增产20%以上，一些高优势组合增产达50%以上。雄性不育系是作物杂种种子生产中的关键材料，基于质核互作雄性不育系统的“三系法”和细胞核雄性不育系统的“两系法”是作物杂交种制种中应用最为广泛的两种方式，当前大豆在杂交种培育方面主要采用“三系法”。重要的是，我国已建立了一套完善的“大豆-昆虫-环境”三位一体的杂交种制种技术体系，可使高异交率不育系异交率达90%以上，利用“三系”（不育系、保持系和恢复系）杂交种生产体系已审定40余个杂种大豆品种，区试比对照平均增产近13%，其中增产幅度超过15%的杂种大豆品种13个。“十二五”以来审定杂种大豆品种39个，说明近年来我国杂种大豆研究在育种规模上的不断扩大和杂种优势利用技术上的不断提升。随着基因编辑和转基因育种技术的发展，育性恢复基因、细胞核雄性不育基因、耐高温基因等育性调控基因逐渐被发掘并应用于大豆杂种优势利用。可见，杂种优势利用可作为我国大豆单产提升的突破性技术，对于提升我国大豆产能和保障粮食安全具有重大的战略意义。本文重点综述了大豆杂种优势的遗传构成与利用途径、大豆质核互作雄性不育与三系选育、大豆细胞核雄性不育与利用、大豆杂种品种的审定与杂种种子生产技术的研究进展。

经过几十年的系统研发，大豆杂种优势利用研究取得显著进展，但离商业化应用仍存在一定差距，一些关键问题仍需进一步攻克，主要包括：高效的不育细胞质有待发掘，高异交率不育系和强恢复系有待选育，杂交种制种效率有待进一步提高，强优势组合有待进一步筛选，杂种优势利用途径有待扩展，具有重大育种利用价值的育性基因有待发掘。随着大豆优异种质资源与具有重大育种利用价值育性基因的不断发掘与利用、大豆杂种种子商业化生产技术体系的不断完善和生物技术的不断发展，大豆杂种优势利用将会展现出广阔的应用前景和显著的经济社会效益。

南京农业大学农学院丁先龙博士是本文第一作者，南京农业大学杨守萍教授, 盖钧镒院士是本文的共同通讯作者。

文章信息

丁先龙, 贺建波, 杨守萍, 盖钧镒, 大豆杂种优势利用的研究进展和展望, 科学通报

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

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