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种子诞生记③:一粒大豆的创新力

来源:发布者:时间:2022-05-17 14:44

一粒大豆的创新力

——种子诞生记③

张孟臣(左)在试验田察看大豆生长情况。(资料片) 河北省农林科学院供图

每年冬春季,我国有大批农业科研工作者进入南方特别是海南岛南部,利用那里温暖的气候,从事农作物品种选育、种子生产加代和种质鉴定等工作,这被称为“南繁”。

今年3月从海南三亚南繁回来后,在河北省农林科学院粮油作物研究所的实验室里,研究所大豆中心的成员一直在整理南繁带回来的种子,为6月的大豆夏播季做准备。这其中,便有该研究所培育的冀豆12衍生品种及其后代材料。它们将在试验田里继续提纯复壮或加代选择,直至被培养成优质高产的种子品种。

近年来,市场对大豆品种的要求由单纯高产发展到优质专用。河北省大豆优质高产育种研究处于全国领先水平,以国内外水溶性蛋白含量最高的冀豆12为代表的高蛋白系列大豆品种,蛋白质含量超45%,堪称其中的佼佼者。

15年培育,成就全国推广面积最大的高蛋白品种

“稍等、稍等,我正在给农户分发夏播用的冀豆12种子,哎呀,不够分的。”近日,记者将电话从石家庄打到湖北省京山市时,京山市屈家岭管理区富悦农资店负责人方佳苗正忙得不可开交。

此时,京山市所处的江汉平原,春播大豆已经发芽出苗。这几年,整个江汉平原的冀豆系列品种播种面积达到一二百万亩。单单京山市永隆镇就种下了约5万亩冀豆12及系列衍生品种。大豆青苗连方成片,让人喜不自胜。

跨越千里从华北平原调来种子,江汉平原青睐的就是冀豆12的高产、高蛋白。

大豆,是国内外最大的植物蛋白来源。过去几十年里,国产大豆不能完全满足国内需求,其中85%需要依靠进口。相比而言,我国大豆平均亩产也只有国外的三分之二左右。

“高产、优质、多抗、广适”一直是省农科院粮油所大豆中心的育种方向。中国人爱吃豆类食品,中心带头人张孟臣心中更有一个朴素的“豆腐梦”。

“一定要培育出适应性强的大豆新品种,高产、高蛋白。”1986年,大学毕业仅四年的张孟臣开始了高蛋白大豆的培育之路。

明确育种方向后,张孟臣和团队从上千个组合中,选择了长江流域高蛋白夏大豆油83-14、山西抗旱耐瘠薄春大豆晋大7826,分别为母本和父本。他们期待两者优良特性的结合,能让培育出的大豆种子适应广,并有高蛋白、抗旱耐瘠的特点。

亲本的选择只是第一步。农作物育种,需要数个世代才能稳定,再加上数代后续试验才能培育成品种。许多作物在北方一年只能种植一代,为了缩短育种年限,到海南进行南繁加代成为张孟臣和团队生活的一部分。

别人过春节往家奔,他们却要往南走。

种地、除草、施肥;收获、脱粒、晾晒。下雨后,地里灌水,还要用水桶一桶一桶把水提出去。张孟臣深知,多保住一株豆苗,大豆新品种就多一线希望。

冬去春回,历经六七代的南北往复,再经过初级、高级产量试验和区域试验,启动培育后的第15年——2001年,冀豆12迎来了国家审定。

“经国家夏播和春播区域试验,该品种表现出高产优质和广适应特性,审定推广范围包括新疆在内的西北春播区和黄淮海夏播区9个省市区,并在长江流域大面积应用。大面积示范亩产250至300公斤,最高产量达321.5公斤,蛋白质含量达46.48%,均超过我国超高产300公斤/亩和高蛋白45%两项大豆育种攻关指标,实现了高蛋白与高产的统一,成为我国蛋白质产量最高的大豆品种和全国唯一超过两项国家攻关指标的大豆品种。”测产专家组给予冀豆12高度认可。

根据农业农村部统计,“十二五”以来,冀豆12一直是全国推广面积最大的高蛋白品种,2016年至2018年的种植面积占国审高蛋白品种种植总面积的53.9%。

多个创新,解决大豆蛋白质与产量等性状负相关问题

既要高产,又要高蛋白,是张孟臣和团队的育种方向。但大豆有个“怪脾气”:再好的种子,换个地方,产量就容易变少;产量上去了,蛋白质含量又容易降低。

一开始,这就是一场扭转“此消彼长”局面的博弈。

张孟臣和团队要做的,就是解决蛋白质与产量等性状负相关的问题。

首先从解决大豆品种抗逆性和适应性差入手。张孟臣提出,在室内鉴定指标选择基础上,实施不同生态地点交互鉴定选择、穿梭选育。

多个亲本组合培育出的不同种子,同时在承德、石家庄、合肥三地播下。如果某一类种子在三地均有较好的生长表现,就有机会进入下一轮筛选。

种子播下了,主动权交给育种专家,他们要对种子实施考验——春、夏播条件交叉选择,田间旱涝交替选择,人工接种与多点病区重复鉴定选择;并在盐区与旱区进行交叉鉴定,解决品种抗逆性差、单一环境下选择适应性窄的问题。

“简单来说,就是种子怕什么,就拿什么考验种子。”张孟臣解释说。

越旱越要少浇水,越涝越要多浇水;大豆生长深受大豆花叶病危害,那就把种子播到病圃里……最终经受住考验的,才能成为优中选优的大豆品种。

对每一粒经受重重考验的种子,张孟臣都格外珍惜。

大豆是闭花授粉作物,在花瓣没有自然打开前,育种专家要抓紧人工去除母本雄蕊,再将父本与之进行人工杂交授粉。精细程度比小麦、水稻杂交更难,杂交成功率不足50%。

但为做蛋白质检测认定,以往送到实验室的种子都要研磨粉碎才能检测,一旦粉碎就不能延续后代,这让张孟臣心疼不已。

对于育种专家而言,田间之外,便是实验室里的钻研。

在相关性状选择与感官籽粒粗略选择基础上,张孟臣团队研究改进并创新了蛋白脂肪籽粒无破损快速检测方法、大豆水溶性蛋白快速检测分析技术与脂氧酶微量快速检测技术。这些经济快捷的检测技术,解决了大批量种质资源快速检测与育种材料继代选择问题。

张孟臣把创新当作育种的灵魂。选育过程中的多个创新,让冀豆12成为全国第一个跨春、夏生态区审定推广的高蛋白大豆品种,也为后续优质高产大豆的培育开辟了新路。

N种组合,拓宽育种遗传基因基础

“冀豆23蛋白含量超过45%,产量比冀豆12还高,这种子品质不错,我今年想试种一些。”3月上旬的一天,石家庄市藁城区和利家庭农场负责人秦涛,抽空联系了省农科院粮油所大豆中心研究员邸锐,商量今年的种植计划。

藁城区是国家级大豆科技自强示范县。秦涛在这里种植冀豆12已有四五年,他打算今年再种上300亩的冀豆23。

冀豆23是冀豆12回交育成的衍生后代品种,也是省农科院粮油所以冀豆12为亲本培育的10个品种之一。

聚合了高产高蛋白基因的冀豆12,转身就成了优质的种质资源。以冀豆12为亲本,张孟臣团队育成了一批适应范围更广、产量更高的优质高蛋白品种和系列创新种质,满足市场需求。

豆腥味,让有些人对大豆制品望而却步。张孟臣团队将脂氧酶缺失基因导入冀豆12,育成了国内外第一个脂氧酶全缺失、高蛋白无腥大豆品种五星4号。

如果说种子是大豆的“芯片”,种质资源则是“芯片”的“芯片”。

为解决大豆育种重复杂交困难与遗传基础狭窄的世界性难题,张孟臣利用大豆MS雄性核不育基因,创建了动态种质基因库基础群体及其轮回选择技术。通过多次导入,建立了以冀豆12为主遗传背景的高蛋白大豆多基因聚合选择群体;通过轮回选择,育成了蛋白质含量高达48.72%、区域试验增产17.22%的冀豆1258等多个高蛋白品种。

省农科院粮油所大豆中心正在联合全国27个省市区,建立遗传基础广泛的全国基础种质基因库群体。选择3000多份优良品种及种质资源亲本材料,分别导入到轮回选择基础群体,最终建立遗传基础广泛的全国基础种质基因库群体,将大批量优异种质聚集到一个开放型自然互交群体,供全国大豆育种单位利用。

未来,一个又一个高产优质的大豆品种,将从这里孕育。(河北日报记者宋平)


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