北京
近日，吉林省农科院张春宝团队联合中科院遗传所李红菊团队在《科学通报》发表以“大豆杂种优势利用：挑战与创新路径”为题的综述论文，从杂交大豆优势潜力挖掘及提升模式、新型不育系创制与应用策略、亲本异交率提升方法及杂交制种技术体系优化等方面评述了大豆杂种优势利用的瓶颈和挑战，提出创新发展路径，为加速杂交大豆产业化进程提供了系统的攻关思路。
大豆是世界重要的粮油兼饲用作物，广泛种植于世界各地，在保障全球粮食安全及支撑畜牧业发展中发挥重要作用。消费增长驱动导致需求量逐年增加，但其平均单产一直未实现大幅增长，亟需有效提升途径。杂种优势利用作为提高作物单产的有效手段，在玉米、水稻和油菜等主要农作物上已取得显著成效。推动了全球主要粮食和油料作物单产和总产的大幅提升，为世界经济发展和粮油安全做出了巨大贡献。大豆杂种优势利用研究始于上世纪70年代，我国于1993年育成了世界上首个可实际应用的大豆细胞质雄性不育系，实现了“三系”配套。2002年审定了全球首个杂交大豆品种“杂交豆1号”。至2024年底，我国已累计审定杂交大豆品种46个，杂种优势利用研究整体处于世界领先水平。尽管如此，与水稻、玉米和油菜等作物相比，大豆受制于本身性状特点及效益因素的多重影响，要实现大规模杂种优势利用，仍面临挑战。近年来，随着杂种优势利用新技术、新方法不断涌现，主要农作物杂种优势利用水平持续提升。然而，当前杂交大豆育种仍以传统方法为主，亟需与现代分子设计育种技术深度融合，以加速产业化应用进程。
“大豆杂种优势利用：挑战与创新路径”一文指出杂交大豆正处于从中试示范向产业化推广的关键转型期，但由于大豆自身生物学特性及经济效益等因素的制约，要实现大规模杂种优势利用必须同时满足四大关键条件：显著的杂种优势表现、适配的雄性不育系统、高效的异交传粉体系以及轻简化低成本的制种技术。为此，该文系统提出创新路径：首先，在杂种优势潜力的挖掘及提升模式方面，探讨了如何精细划分和利用大豆杂种优势群，实现亲本材料的精准选配；引入基因组选择技术，构建高效预测模型，指导强优势杂交组合的科学组配；深入解析杂种优势相关基因网络，实现分子设计育种提升，亲本资源的利用率。其次，从新型不育系的创制与应用策略方面，分析了利用线粒体基因编辑、单倍体诱导技术创制新型细胞质雄性不育系的可行性；以及利用细胞核雄性不育系的恢复系选择灵活的特点，通过“两系”法及第三代智能多控技术实现杂交大豆育种应用的前景。
图1 基于GMS的第3代杂交大豆育种系统工作流程
在亲本异交率的提升方面，文中指出了通过挖掘和系统解析影响大豆异交率，如花器官结构及昆虫采集物相关性状的关键基因和调控网络，用于改良与创制高异交率亲本，提升虫媒传粉效率的途径。
图2 大豆异交率的提升途径.
最后，在杂交制种技术体系优化方面，提出了基于亲本籽粒表型差异、育性基因特性及除草剂抗性差异等混合制种技术，实现制种效率提升和成本降低的解决方案。该文通过系统分析制约杂交大豆产业化的关键因素，提出大豆杂种优势利用的整体解决方案，并展望了新兴技术在该领域的应用前景。该论文通过理论创新与实践经验相结合，旨在为育种工作者提供系统化的研究思路，推动杂交大豆技术突破和产业化进程。
吉林省农业科学院大豆研究所张春宝研究员为该论文的第一作者及共同通讯作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所李红菊研究员为该论文的通讯作者，杨向东研究员和陈澍燕助理研究员参与了论文撰写。该工作得到了国家自然科学基金（32372149, U21A20215, 32425009）、国家重点研发计划（2022YFF1003500）和国家大豆产业技术体系建设专项（CARS-04）的支持。
文章信息
张春宝，杨向东，陈澍燕，等。大豆杂种优势利用: 挑战与创新路径 (J/OL). 科学通报, 2025, 70 (19): 3084-3100.
https://doi.org/10.1360/CSB-2025-0324
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