瞭望丨分子育种选出“金豆子”

◇传统大豆品种选育之所以效率低，一个核心问题是遴选品种的过程依靠人工，优势基因的筛选和品种选育周期长。冯献忠团队提出了计算育种的概念，建立数据中心，把品种选育从地里转移到计算机

文∣《瞭望》新闻周刊记者 薛钦峰

中国科学院东北地理与农业生态研究所研究员冯献忠（中）和学生在试验田里查看大豆长势（2023 年 7 月摄） 受访者供图

吉林西部地区是世界三大苏打盐碱地主要分布区之一，因土壤贫瘠、干旱，过去这里被称为“八百里瀚海”。现代种业技术的进步，让盐碱地里也能长出庄稼。

2023年，在吉林西部盐碱地，中国科学院东北地理与农业生态研究所（下称“东北地理所”）应用分子设计育种技术选育的“东生118”耐盐碱大豆新品种在多地试种实现高产，展现了在盐碱地大面积推广应用的潜力。

我国大豆产需缺口巨大，高度依赖进口，是全球最大的大豆进口国。“采用国际先进的分子设计育种手段，是目前实现国产耐盐碱大豆育种突破的最佳途径。”东北地理所大豆分子设计育种重点实验室负责人冯献忠说。

东北地理所的大豆育种专家团队在分子设计育种研究领域持续发力，攻关“计算育种”，大幅缩短育种周期，努力在破解种业“卡脖子”技术和在追赶世界先进育种技术上实现“弯道超车”。

重度盐碱地钻出“金豆子”

在吉林省农安县的小城子乡光明村，这里的部分盐碱地2023年迎来了大丰收。当地浩淞农业科技有限公司种植的530亩耐盐碱大豆经过测产，每亩产量超过240公斤，实现了高产。

农安县小城子乡分布着大片盐碱地。过去，当地农民也尝试在一些中重度盐碱地种植大豆，但是产量很低，这些盐碱地一直没有实现有效利用。2023年，浩淞农业科技有限公司与东北地理所合作，在盐碱地试种耐盐碱大豆品种“东生118”，效果远超预期。

不仅在吉林，该品种在全国多个盐碱区进行试种，均实现了高产。例如“东生118”在新疆喀什地区的盐碱地也获得好收成。在泽普县的轻度盐碱地上，村民在小麦收获后夏播大豆“东生118”，经测产亩产超300公斤，为当地盐碱地夏播大豆提供了新品种。

“在重度盐碱地里‘东生118’也高于我国大豆的平均单产，这个品种耐盐碱性表现稳定。”东北地理所高级工程师冷建田告诉《瞭望》新闻周刊记者。

良种还需配良法。目前，农业技术专家正针对“东生118”在不同地区探索不同栽培技术，以提高产量。例如，在吉林中部地区，针对这里气候特点，适时进行早播，出苗后再喷洒除草剂；在吉林西部，采取适时晚播，应用大垄多行种植模式，增加种植密度。

分子设计高效育种

选育耐盐碱大豆品种并不容易。冯献忠说，他们曾将2000多个大豆品种分别种在中重度盐碱地里进行实验，最终能存活下来的只有十几种。为高效培育新品种，他们将分子设计育种技术引入耐盐碱大豆品种选育。历经多年，终于在2021年培育出通过国审的“东生118”，并推向市场。

冯献忠介绍，分子设计育种就像设计工业产品那样设计农作物品种，首先需要知道每个大豆基因的功能，即每个基因控制哪些表型，然后将这些控制耐盐碱的基因进行相对精确的重新组合，得到耐盐碱品种。

在选育“东生118”之初，冯献忠和团队进行了大量分子设计育种基础研究，最初的研究关注点是基因型和表型的关系，即基因型如何控制表型。冯献忠带领团队对国内1700余个大豆品种的基因重新测序，并鉴定了几十个调控大豆高产、优质、抗逆和生育期的重要基因，选育了778份优异育种材料，为大豆新品种培育挑选出优异亲本材料和靶标基因。

2017年，研究迎来快速发展期。冯献忠的团队承担了国家重点研发计划“主要经济作物分子设计育种”项目，进一步完善分子设计育种平台，加快大豆分子设计育种进程。

冷建田介绍，他们通过大豆杂交把耐盐碱基因导入一个高产大豆品种中，用分子标记监测该品种后代，看耐盐碱基因是否导入成功。成功后再通过多代回交，实现耐盐碱基因与高产基因在大豆新品种中的聚合。

在成功选育出“东生118”后，冯献忠带领团队朝着世界领先育种技术继续发力，攻关“计算育种”，实现“换道超车”。

冯献忠介绍，传统大豆品种选育之所以效率低，一个核心问题是遴选品种的过程依靠人工，优势基因的筛选和品种选育周期长。他们提出计算育种的概念，建立数据中心，把品种选育从地里转移到计算机。通过计算，他们找到选育具有目标性状大豆品种的最佳路径。比如在计算机上利用不同算法实现大豆优异基因的相互聚合，原本相互拮抗的基因在哪些位点可以聚合，哪些变异可以实现更好的目标性聚合。“我们的育种试验地是有限的，但在超级计算机上可以尝试将大豆育种中每个基因突变发挥的潜在作用跑一遍，这用传统育种技术是无法实现的。”

从2021年开始，冯献忠团队与之江实验室合作建立计算育种平台，研究大数据和人工智能育种技术，将大豆育种从试验选优变为计算选优。目前，冯献忠团队已选育出多个育种材料。他们还在东北地理所搭建了一座能够在不同光谱下观察作物生长的表型组平台，加快培育大豆品种。

推动优质品种快速应用

受访专家介绍，随着我国种业振兴的持续推进和先进育种技术的逐步应用，更多耐盐碱大豆培育将会取得成功，但破解种业“卡脖子”问题仍有机制和阻碍需要持续完善和破解。

第一，亟待完善全国性种质资源共享机制。分子设计育种是未来育种的重要方向，在大豆中明确的功能基因越多，对于开展分子设计育种越有利。十余年来，冯献忠团队在分子设计育种技术领域持续积累，创制了40万份大豆突变体，建立了大豆饱和基因突变库和优良变异材料库。

冯献忠表示，大豆突变基因体库里的品系是他们创制出来的大豆新种质，但因为缺少资源共享机制，这个资源库并未被充分利用。亟待建立全国性资源共享机制，充分发挥该种质资源库的优势作用。

第二，整合全国性育种平台，联合开展育种攻关。当前国内不同科研系统的育种团队相对独立，育种力量分散，不利于共同攻关“卡脖子”难题。受访专家建议，通过顶层设计建立一个全国性的大豆育种攻关科研大平台，集中优势力量加速耐盐碱大豆新品种创制。

第三，目前种业科企合作机制尚未完全建立，需进一步强化科企合作力度。创新育种产业链融合发展机制，大力推动科企合作，建设新技术推广应用平台，让专业的人干专业的事，实现育种产业效益最大化，早日实现我国种业振兴。

（《瞭望》2024年第03期 ）