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大豆種業的昨天、今天和明天

日期:2021-05-13 作者:韓天富 周新安 關榮霞 孫石 田世艷 王曙明 楊中路 來源:中國農科院作科所 【字號: 打印本頁

  我國是大豆起源國,大豆種植歷史已經超過2000年。在二十世紀60年代之前,我國大豆種植面積、總產都居世界首位,目前總產居世界第四位,種植面積居第五位。我國先民很早就采用留優汰劣方法改良大豆品種,也是最早采用現代遺傳學方法培育大豆品種的國家之一。新中國成立、特別是改革開放以來,我國大豆育種工作取得了巨大進步,對大豆產業發展提供了強力支撐,保證了食用大豆的完全自給。但總體來看,我國大豆種業與世界先進水平相比仍存在較大差距。新的發展階段,如何盡快補齊大豆種業短板,提高自主創新能力,打好種業翻身仗,對提高我國大豆單產水平和自給能力,保證食用植物蛋白供給安全,都具有十分重要的意義。

  一、大豆種業發展歷史脈絡

  大豆屬雙子葉植物綱,豆科,蝶形花亞科,大豆屬,大豆亞屬,該亞屬包括栽培大豆(Glycine max (L.) Merri.)和一年生野生大豆(Glycine soja Sieb. et Zucc.)(圖1)兩個物種,但栽培大豆與野生大豆間不存在生殖隔離現象,能夠進行正常雜交,后代可育。

 

  圖1大豆的形態

  1.野生大豆自然群落 3.成熟期栽培大豆生產田

  2.野生大豆(左)與栽培大豆植株(右) 4.大豆種皮顏色豐富多彩

 ?。ㄒ唬┐蠖沟钠鹪磁c傳播

  1.起源

  栽培大豆由一年生野生大豆馴化而來,中國是世界公認的大豆原產國,但具體起源于我國何地,目前學術界還沒有定論,有黃淮地區起源說、南方起源說、東北起源說、多中心起源說等。野生大豆為草本,莖細長而蔓生,莢果窄小,成熟時易炸莢,種皮黑色,百粒重常不足3g。栽培大豆主莖發達、稈強抗倒、葉片寬大、種皮多為黃色、百粒重20g左右,二者形成鮮明對比。據文字記載,早在神農時期(約公元前2550年),大豆就被作為“五谷”之一廣為種植?!对娊洝ご笱拧ど瘛分杏涊d了周始祖后稷種植大豆的情形:“蓺之荏菽,荏菽旆旆”?!败筝摹奔创蠖?。由于大豆不易保存,在傳統考古發掘中發現較少,建國以來在黑龍江寧安縣、吉林省永吉縣發現2600—3000年前的碳化大豆,在洛陽皂角樹遺址發現距今3600—3900年的大豆籽粒,在內蒙古夏家店下層文化發現距今3500—4000年的碳化大豆。說明數千年前,大豆就被先民認識和廣泛種植。

  2.傳播

  大約在公元前2世紀,大豆由我國傳入朝鮮,而后又自朝鮮傳至日本。在公元6世紀左右,中國南方晚熟大豆又由海路引種至日本九州一帶。

  德國植物學家英格爾伯特1690—1692年曾到訪日本,1712年在他的書中描述了大豆及大豆食品,西方國家從此才將大豆及其相關食品聯系了起來。根據大豆在Hartecamp花園的種植時間推算,1737年之前大豆已經傳入荷蘭。1739年法國傳教士把大豆郵寄回國,在巴黎加登植物園種植。1790年大豆在英國皇家花園種植。

  1765年大豆由中國途經英國傳入美國。大豆在美國種植的最早記錄是1804年,最初在佐治亞州試種,生長良好。大豆傳入阿根廷的最早記載是1882年,開啟了在南美的傳播。巴西大豆引種相對較晚,但發展很快。1950年代起巴西出于土壤改良目的試種大豆,但產量偏低。1960年代起巴西又從美國引進、源自我國或日本低緯度地區、營養生長期長的“長童期”大豆種質,相繼培育出適應短日照與高溫條件的“熱帶大豆”,種植面積迅速擴大,成為世界第一大豆生產國和出口國。

  由于世界各國的大豆均直接或間接引自中國(圖2),許多國家的語言中至今仍保留著大豆古語“菽”的發音,如拉丁文(Soja)、英文(Soy)、法文(Soya)和德文(Soja)等,間接證明了中國是大豆的原產地。

 

  圖2 大豆在世界上的傳播時序

  3.品質與用途

  大豆營養價值很高,素有“豆中之王”“田中之肉”、“綠色牛乳”等美稱,是人類健康食品。大豆籽粒中蛋白質含量37%—48%,脂肪含量量16.3—25%,碳水化合物26%—30%左右,粗纖維5.9%—6.6%,磷、鉀、鈣等礦物元素5%—5.2%。大豆蛋白質氨基酸平衡,是僅次于雞蛋的優質蛋白。大豆油富含不飽和脂肪酸,其脂肪酸構成為亞油酸47.5%—48.6%,棕櫚酸13.8%—14.2%,硬脂酸4.5%—5.2%,油酸22%—25.5%,不飽和脂肪酸占80%以上。豐富的不飽和脂肪酸和可溶性纖維等成分,能幫助降低人體中膽固醇、控制血糖,可以防治非傳染性疾病,如糖尿病和心臟疾??;多食大豆還有助于防止肥胖。在當前新冠病毒對人類健康構成世界性威脅時,增強免疫力是對抗病毒的好幫手,大豆及豆制品中含有多種有助于增強免疫力的營養和生物活性成分,如:大豆蛋白、異黃酮、低聚糖、皂苷等。大豆對女性特別關愛,大豆食物中含有一定的“類雌激素”生物活性物質,對不同年齡段的女性來說,均是一種非常營養而有保健功效的食品。

  中國也是豆制品加工的發祥地,兩千多年前西漢淮南王就發明了豆腐,此后,我國勞動人民發明了豐富多樣的大豆制品,非發酵制品包括豆腐、豆腐腦、腐竹、豆腐干、豆漿、人造肉等,發酵制品包括豆豉、醬油、醬、豆腐乳、豆醬等,新興大豆制品包括豆粉、豆奶、生豆粉、酸豆奶等,榨油后的豆粕還可以用于生產豆粕蛋白、脫脂豆粕粉、濃縮蛋白、植物肉等。估不完全統計,目前世界上豆制品種類超過了2萬種。

  目前世界大豆油年產量超過6000萬噸,是僅次于棕櫚油的第二大植物油來源。榨油后的豆粕蛋白質含量42.7%—45.3%,是理想的動物飼料,目前世界蛋白粕年產量3.5億噸,豆粕產量就超過2.5億噸,是世界第一大飼料蛋白來源。

  大豆根上著生大量根瘤,能夠固定空氣中的氮,一畝大豆可固定氮素6—10公斤,可提高間套作物及后茬作物的產量與品質,是重要的養地作物,在農業可持續發展中具有重要生態功能。

  當前,大豆種植面積超過18億畝,居世界作物種植面積第四位(在美洲居第一位),2020年世界大豆貿易量1.66億噸,豆粕貿易量超過6200萬噸,豆油貿易量超過1100萬噸,大豆及其制品貿易總額接近1000億美元,長期高居世界農產品貿易第一位,對人類生活、經濟發展和地緣政治產生了舉足輕重的影響。

  二、國內外現代大豆種業發展情況

 ?。ㄒ唬﹪獍l展情況

  1.世界大豆生產現狀

  2020年世界大豆種植面積為1.27億公頃,總產達到3.61億噸。當今世界大豆生產國高度集中,巴西、美國、阿根廷、印度、中國等五國大豆種植面積均超過1億畝,其中,美國、巴西和阿根廷三國大豆種植面積、總產之和均超過全球總量的80%。巴西從2018年開始,已經連續三年大豆超過美國,種植面積和總產躍居世界第一。印度從2007年開始,大豆種植面積超過中國,居第四位,但由于印度單產水平較低,總產低于中國。根據世界糧農組織統計資料,目前我國大豆種植面積居世界第五,總產居世界第四(圖3)。

 

  圖3 世界大豆主產國大豆種植面積、單產與總產

 ?。〒﨔AO統計資料)

  2.世界大豆品種發展歷程

  除中國外,世界最早開始大豆品種改良的國家是日本。在上世紀20—30年代,就培育出了“十勝長葉”等優良品種,但因其規模較小,對世界大豆產業影響較小。20世紀60年代前,大豆品種改良工作主要集中在美國。20—30年代,美國從我國東北和韓國、日本大量引進品種資源,開始品種選育工作。40年代中期以前,美國大豆品種選育工作主要以引種系選為主,從來自中國的大豆種質中系選出“Richland”“Dunfield”、“Mukden”、“Peking”、“CNS”等品種。40年代中期以后,美國大豆育種以品種間雜交為主,1944年推廣了天然雜交品種“Lincoln”。到50年代后期,美國北部育成了“Clark”、“Harosoy”、“Amsoy”、“Williams”等著名品種;南方育成了“Lee”、“Hill”、“Hampton”等著名品種,使美國大豆生產得到迅速發展。

  南美大豆生產快速發展得益于營養生殖期長(長童期)的大豆種質資源的發現與利用。20世紀60年代,巴西從美國引進了長童期品種,并著手培育適于低緯度地區氣候、土壤和水分條件的“熱帶大豆”新品種。1975年,巴西農牧研究院(EMBRAPA)大豆研究所成立,巴西大豆育種走向了快車道。80年代以后,巴西本地選育的大豆品種逐漸取代了美國品種,這些品種適應性更強,促進了南美熱帶地區大豆生產的快速發展。

  阿根廷規?;N植大豆的歷史比巴西更短,開展大豆育種的時間也比巴西晚10年左右。在其大豆生產發展的早期階段,大豆品種基本來自美國或巴西。20世紀70年代,阿根廷國立農業技術研究所(INTA)正式設立大豆育種項目。至1983年,阿根廷歷史上第一個通過雜交選育的大豆品種Carcarańa在INTA誕生。

  20世紀90年代以來,以原孟山都、先鋒等為代表的跨國公司開始廣泛應用生物育種技術,成功培育出耐除草劑、抗蟲、高油酸等轉基因大豆品種,這些品種從美國傳播開后,又迅速在南美得到普及,對世界大豆產業的發展發揮了極其重要的作用。

  3.世界大豆種業發展歷程

  在現代種業發展起來之前,世界各國豆農種植大豆的種子基本是自留自用。二戰結束后,雖然各大州立大學等美國公立育種機構加大了大豆品種選育力度,但大豆種業仍然以公立機構的品種推廣、農民自留為主。上世紀80年代以后,美國私營種子公司迅速成長,品種選育與品種市場經營力度大幅提高,所選育的品種種植面積不斷擴大。至1990年,私營種子公司育成品種的種植面積已占美國大豆面積的50%以上。但巴西和阿根廷種子產業經營主體仍多是小型種業公司。

  20世紀90年代以來,以原孟山都、先鋒等為代表的跨國公司開始廣泛應用生物育種技術,成功培育出耐除草劑、抗蟲、高油酸等轉基因大豆品種后,建立了以知識產權有償使用的品種使用機制,大豆種子市場經營主體變為跨國種業集團,全球大豆種業市場壟斷程度不斷提高,美國和南美中小型私人大豆種子公司基本被兼并或消失。

  4.世界大豆種業現狀

  隨著1994 年孟山都公司培育的抗草甘膦轉基因大豆被批準商業化種植,自此大豆轉基因技術在美國、阿根廷、巴西得到了大面積的推廣。此后,以原孟山都、先鋒等為代表的跨國公司開始廣泛應用生物育種技術,成功培育出耐除草劑、抗蟲、高油酸、抗旱等轉基因大豆品種,建立了基于機械化、信息化、智能化的現代生物育種技術體系,成為世界大豆種業的主導者。目前世界前三大主產國美國、巴西、阿根廷90%以上均種植的是轉基因大豆品種。通過推廣這些高技術育成品種,美國、巴西、阿根廷大豆單產顯著提高,生產成本大幅下降,促進了這些國家大豆產業與種業的快速發展。同時,由于現代種業門坎相對提高,拜爾(含孟山都)、科迪華(含陶氏、杜邦和先鋒)、先正達、巴斯夫這四大跨國種業集團已經基本壟斷了這三國大豆種業。

  近年全球大豆種子市場規模在760萬噸左右,總產值約50億美元,其中,美國國內大豆種子市場規模在190萬噸左右,產值穩定在20億美元以上,是全球主要的大豆種子產品需求國家之一,大豆種子在該國種業中占據十分重要地位。巴西的大豆種子產業已有超過30年的歷史,其國內市場規模已經超過美國,產值僅次于美國。大田作物中,巴西大豆種子市場占約45%,即巴西大豆種子市場規模約15億美元,種子銷量約200萬噸,商品化率98%以上。大豆種子銷量已經占農作物種子銷量的45%(圖4)。阿根廷大豆種業發展相較巴西更晚一些,開始于本世紀初,目前大豆種子市場規模約110萬噸,產值約8億美元。

 

  圖4.巴西大豆種子產業所占比例

  (引自:http://static.nfapp.southcn.com/content/201807/15/c1311647.html)

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  1.中國大豆種質資源

  收集與保存方面。中國是大豆起源國,種植大豆歷史悠久,經過5000多年持續不斷的馴化和改良,我國積累了豐富多樣的大豆種質資源。1956、1979和1990年,我國先后組織了3次全國范圍的大豆種質資源收集,共收集和保存栽培大豆種質資源23587份。2015年之后又進行了補充征集。迄今,國家農作物種質資源庫中保存的大豆種質資源已有43000余份。

  野生大豆種質資源保護方面。我國廣泛分布著野生大豆資源。隨著國家基本建設及城市化進程的加快,野生大豆的生存環境有所惡化。國家高度重視大豆種質資源保護工作,除了將野生大豆全面收集保存于國家農作物種質資源庫長期庫進行異位保護外,農業農村部對集中分布區瀕危狀況嚴重的野生大豆居群進行了原位保護,共在17個省市建設原位保護區49個。這些保護點建有隔離設施、警示設施、看護設施、防火排灌設施、繁育設施、水電設施、儀器設備等,有效保護了野生大豆的遺傳多樣性。

  評價與利用方面。在廣泛開展大豆種質資源收集的同時,我國對種質資源的生育期類型、籽粒性狀(粒色、粒形、臍色和百粒重)、植株性狀(生長習性、結莢習性、茸毛色、花色、葉形和株高)進行了系統鑒定與評價(圖5),并完成了約1.7萬份大豆種質的抗病性、耐逆及品質等性狀的鑒定,共篩選出優異種質6977份次,為大豆品種改良提供了優異親本。

 

  圖5 我國豐富多樣的大豆種質資源

  1.大豆器官形態差異 2.野生大豆與栽培大豆植株及籽粒

  3.大豆品種資源生育期差異 4.大豆籽粒形態分類

  2.我國大豆種業發展歷程

  我國現代大豆育種工作始于20世紀20年代。1913年,公主嶺農事試驗場設立,開始了系統的大豆研究。1916年開始系統選種,1923年育成了現代大豆品種“黃寶珠”,1934年育成了“小金黃1號”,成為50—60年代東北地區的重要推廣品種,年種植面積曾達到700萬畝以上。1927年開始雜交育種,以“黃寶珠”作母本,“金元”作父本配制雜交組合,于1935年育成了“滿倉金”、“滿地金”和“元寶金”,是世界上首批采用雜交方法育成的現代大豆品種。金陵大學于1924年開始大豆改良工作,王綬教授從自然變異群體中選擇出純系,育成了“金大332”品種,抗戰前在長江下游一帶種植??傊?,建國前中國的大豆育種發展緩慢,1923—1950年共育成大豆品種20個,其中,東北地區17個,黃淮海區域2個,南方區域僅1個,解放前我國各地普遍種植的仍然是農家品種。大豆種子生產均為農民自留種子,基本沒有企業經營大豆種子,現代意義的種業根本沒有起步。建國后,我國現代大豆種業開始起步發展,到目前,大致可分為三個發展階段:

  一是夯實大豆種業基礎階段。這一階段從建國后至改革開放前,育種方面的主要成就是完成了我國部分大豆種質資源收集,建立了大豆雜交育種體系。從1960年代開始,我國組織開展了全國性的大豆種質資源收集工作,到1970年代未,國家種質資源庫共收集保存了6814份栽培大豆種質,為開展大豆育種工作奠定了良好基礎。解放初期,主要采用系統育種法選育品種,選育的大豆品種在生產上代替了地方品種,如東北地區推廣的小金黃1號、豐地黃、滿倉金(雜交育成品種)、荊山璞,黃淮海地區的平頂黃、莒選23等。這些品種的產量水平雖有所提高,但仍沒有擺脫地方品種生育期晚、植株高大、莖稈細弱、容易倒伏等局限性。20世紀60—70年代,我國許多單位建立了雜交育種體系,利用有性雜交方法選育的大豆品種成為東北地區大豆品種的主體,代表性品種有東農4號、黑河3號、吉林3號、鐵豐18號等;黃淮海和南方地區也育成了文豐7號、徐豆1號、南農493-1、鄂豆2號等。本階段大豆種子生產與經營由農民自留種子為主過渡到國營種子企業推廣為主。解放后,我國雖然開展了系統育種和雜交育種,但上世紀60年代,農民在自家田里通過片選或株選留種,更換品種則是通過互相串換來實現,仍然保留了“家家種田、戶戶留種”的供種模式,以糧代種、種糧不分為其主要特點。到70年代,大豆新品種生產、經營與推廣,除了育種單位自主進行外,建立了人民公社、生產大隊、生產小隊三級良種繁育體系,此后又過渡到主要靠國營種子企業進行種子繁育與推廣的階段。經過品種更新換代,使我國大豆單產水平從1949年的40.76公斤,提高到20世紀80年代初80公斤,翻了一番。

  二是大豆種業快速發展階段。改革開放后,我國大豆育種進入快速發展階段。大豆雜交育種技術全面普及,初步建立了有中國特色、符合大豆常規種子特征的大豆育種體系。從1980到2010年的30年間,全國大豆平均畝產由80公斤提高到120公斤,主要原因就是培育了一批單產水平較高、抗倒性較好,適應較高施肥水平、基本適應機械化作業的大豆新品種,代表性品種有鐵豐18、合豐25、綏農14、吉林20、躍進5號、誘變30、魯豆4號、中豆19、冀豆12、中黃13等(圖6)。在此期間,我國大豆雜交種實現了“三系”配套,在發現中豆19、中豆20等品種帶有雄性不育細胞質后,吉林農科院、安徽農科院等單位通過廣泛篩選,發現相應的保持系與恢復系材料,育成了雜交豆1號等雜交種,但目前面臨雜交種子生產難題,還不能應用于生產。大豆種業也進入市場化階段。本階段我國大豆種子經營企業也從國營種子企業為主過渡到以股份制種子企業和民營企業為主階段,初步建立了有中國特色、符合大豆常規種子特征的大豆種子產業體系。從1980到2010年的30年間,全國大豆平均畝產由80公斤提高到120公斤,除了培育了一批單產水平較高、抗倒性較好,適應較高施肥水平、基本適應機械化作業的大豆新品種外,大豆種子商品化率不斷提高,品種更新換代加快,也是主要原因。

 

  圖6黃淮海地區不同年代代表性大豆品種

  三是大豆種業聯合發展階段。大豆聯合育種全面展開。2010年前后,我國先后建立了現代農業產業技術體系,啟動了轉基因生物新品種培育重大專項等科研項目,開展了大豆育種聯合攻關。據統計,目前有超過200家單位參與了大豆育種聯合攻關,包括各級科研單位、高等院校、國有企業、民營企業等,基本形成了全國大豆育種網絡。育種條件不斷改善,在農業農村部、科技部和發改委等部門的支持下,在主產區建設了若干大豆改良中心與分中心、實驗室與實驗站,對改善育種條件發揮了重要作用,有力推動了大豆育種事業的發展。育種方向不斷調整,逐漸從單一高產型向高產、優質、抗病和專用型轉變,育成了一批優良大豆新品種,推動了品種更新,對大豆生產的發展提供了有效保障。由于東北大豆主產區重心北移,培育極早熟大豆品種也成為重點工作。生物技術育種也取得顯著進展,已經有3個抗除草劑大豆品種(轉化事件)(SHZD32-01、DBN9004和中黃6106)獲得轉基因生物安全證書(圖7),基因編輯技術也開始在品種改良過程中得到應用。

 

  圖7轉基因大豆中黃6106使用效果

  大豆品種審定體系不斷完善。目前已經建立了覆蓋全國各大豆產區的品種區域試驗和生產試驗體系,各大豆主產?。ㄊ?、區)也有省級大豆品種試驗體系,各生態區還建立了育種聯合體品種試驗體系,涌現出一些具有育繁推一體化資質的種子企業,如圣豐種業、墾豐種業,建立了自己的綠色通道品種試驗體系。品種試驗與審定標準也不斷完善,制定了適合我國當前育種與生產現狀的品種審定標準,審定了一批優良品種。大豆種子繁育體系和種子質量檢驗體系日益規范。各級種子管理部門不斷加強種子檢驗機構及種子檢驗設施設備建設,制定了大豆種子產銷環節一系列質量標準,包括大豆原種、大田用種國家質量標準及《大豆原種生產技術操作規程》、《農作物種子檢驗規程》、《大豆種子產地檢疫規程》等,大豆種子生產和銷售行為得到規范。

  大豆種業朝科企結合方向發展,已初步形成了科研分工較為合理、科企結合、運行高效的公益性大豆聯合育種新機制。企業開始大量購買科研單位育成品種的經營權,委托育種、聯合育種等科企合作育種增多。農業農村部根據大豆生產發展需要,支持建立了12個種子基地縣建設,對加快良種繁育和普及提供了強有力支撐。由于企業種子產銷量逐年增加,農民自留種子不斷減少,部分地區商業化大豆種子比例大幅度提高,加快了我國大豆品種更新換代。

  3.我國大豆種業發展現狀

  據統計,截至2020年底我國大豆品種累計審定總數為3112個,其中通過國家審定的品種數為491個,地方審定的品種數為2621個,現有品種數量基本能滿足大豆生產需要。

  據不完全統計,當前全國經營大豆種子的企業有442家,其中,注冊資金1億元以上種子企業有6家,注冊資金在千萬元以上種子企業有70多家,農業農村部認定的“育繁推一體化”企業2家。這些企業主要分布在黑龍江、山東、河南、湖北等地。目前,我國大豆商品種子年產量3.5億公斤,產值約23億元。種子市場已從東北和黃淮海產區向南方大豆產區延伸,大豆種子的生產量、良種普及率、種子商品化率都有較大幅度的提高。

  近年我國大豆種業進步的效果已經顯現。一是我國大豆高產紀錄不斷突破。在前幾年大豆高產典型不斷涌現的基礎上,2020年,國家大豆產業技術體系石河子綜合試驗站利用膜下滴灌技術種植15畝吉育86,實收測產1.5畝,達453.5公斤/畝,創造了全國大豆單產最高紀錄(圖8);黑龍江八一農墾大學和國家大豆產業技術體系佳木斯綜合試驗站利用水肥一體化和大壟密植技術,在大慶種植14畝合農71,實收測產5.3畝,平均畝產達到336.2公斤/畝;黃淮地區采用免耕覆秸精播技術,齊黃34實收畝產達353.4公斤,鄭1307百畝實收平均畝產309.2公斤,冀豆17等品種萬畝平均畝產達到272.9公斤、小面積實打實收畝產355.1公斤;長江流域地區種植的油6019在多地大面積畝產超過250公斤;華南地區高蛋白品種華夏14畝產達到了296.5公斤。這些高產典型的創造,為全面提高我國大豆單產水平樹立了可復制、可推廣的樣板。二是我國大豆平均單產水平進一步提高。盡管我國大豆種植區域布局發生了重大變化,特別是東北高寒地區成為大豆主產區,立地條件與傳統優勢產區即東北中南部和黃淮海中北部相比明顯惡化,但全國大豆平均畝產仍由2010年前后的120公斤提高到2020年的132.4公斤,新時期的種業體系建設與良種良法結合均功不可沒。

 

  圖8畝產453.5公斤大豆高產田長勢(石河子,2020)

  三、差距和問題

  過去十年間,我國大豆種業快速發展,但與新時期我國大豆產業發展需求及國際先進水平相比,仍有較大差距。目前,我國大豆種業仍存在原始創新能力不足、從業企業不大不強、科企結合體制有待完善等問題。

 ?。ㄒ唬┐蠖褂N材料和技術原始創新能力不足

  與國際種業巨頭及美國相比,我國在大豆種質資源研究、種業基礎理論研究、育種材料和育種技術創新方面仍存在較大差距。我國雖然保存著世界上最多的大豆種質資源,但資源深度鑒定評價和綜合開發利用水平還需要顯著提高,資源優勢還沒有轉化為基因優勢和產業優勢。在育種突破所必需的理想株型、抗病、抗蟲、耐逆等材料的創新方面,一直未取得實質性重大突破。在分子標記輔助選擇、轉基因、基因編輯、全基因組選擇、智能設計育種等現代先進育種技術方面,原始創新能力明顯不足,迫切需要在大豆育種過程中融合應用現代信息技術、傳感技術、自動化技術和現代育種技術,提高大豆的育種效率和精準度。

  雖然我國近年也涌現出一批高產典型,2020年獲得畝產453.5公斤高產記錄,但2019年美國創造了世界大豆最高單產高達852.2公斤/畝的記錄,美國、巴西大豆平均單產已經超過230公斤,而目前我國大豆畝產在120—130公斤之間徘徊。我國大豆品種產量水平與國際先進水平相比,差距較大。

  國際上,大豆利用基因育種的技術已十分發達。截至2019年,大豆性狀田間試驗許可總供獲批2915例,其中我國所占比例不足10%,目前我國獲得轉基因安全證書的材料僅有3個??鐕N子企業培育出轉基因大豆品種已經進入第三代,至少集合了2—3個目標基因,而我國目前基本上培育的是單個基因的轉基因大豆,我國大豆品種的技術水平亟需提高。

 ?。ǘ┐蠖狗N子企業發育嚴重滯后

  據統計,2018年我國大豆種植業每畝種子用量為5.22千克,全國1.48億畝大豆需要種子7.7億公斤,但現在我國大豆種子規模僅約3.5億公斤,農民換種率僅45%。且大豆種子平均價格僅6.8元/公斤,不足商品大豆價3倍,從事大豆育種的收益和經營大豆種子的效益同選育和經營雜交作物種子的行業相比較差異懸殊,企業自主研發投入的積極性不高。因而,我國大豆育種工作主要由科研院所和高等院校等公益性育種單位承擔,少數種子企業雖開展大豆品種選育工作,但規模小,技術水平低,自主創新能力弱。目前我國大豆種子市場以區域性企業為主,鮮有企業實現全國規?;季?。

  目前,國際種業巨頭已經成為大豆品種創新的絕對主力,而國內絕大多數種子公司研發創新能力弱,發展速度緩慢,絕大多數種子企業還停留在購買品種經營權、種子生產和營銷階段,具有自主知識產權品種的企業匱乏。

 ?。ㄈ┝挤N繁育和知識產權保護體系不完善

  大豆是自花授粉作物,上下代基因型一致,農民可以自留種子。美國、巴西等國家通過品種知識產權保護制度,有效保護了育種者和企業品種創新和投入的積極性。按我國現行《種子法》,“農民自繁自用授權品種的繁殖材料”,“可以不經新品種權所有人許可,不向其支付使用費”,農民自留種子導致種子商品率低,目前不到50%。在種子生產上,國內大多數種業公司沒有穩定的種子繁育基地,多數以與農戶簽訂臨時性繁種合同方式進行種子生產,種子質量和貨源沒有保障。在種子市場上,存在“白包”與“套包”現象,育種者和種子合法經營者的權益受到損害。

  四、“十四五”發展方向

 ?。ㄒ唬┙⒁陨虡I化育種與公益性育種相結合的大豆種業體系。加快實現種子企業與科研單位、高等院校等公益性育種單位聯合,通過資源共享、人員共享、實驗平臺共享,開展合作育種、委托育種、品種權轉讓、技術入股和收購育種單位等多種辦法,加快大豆新品種培育和推廣力度。同時,加大對大豆種子企業的扶持力度,推動商業化育種進程,逐步實現種子企業以自主培育新品種和良種繁育為主,科研單位、高等院校等公益性單位以種質資源創新、育種方法與技術創新、新基因挖掘等育種基礎性研究為主的新模式,進而建立以企業商業化育種與公益性科研支撐相結合的種業技術體系。

 ?。ǘ┘訌姶蠖官Y源精準評價,深化種質創新與利用。加強大豆種質資源的收集、評價與創新,擴大大豆資源優異育種性狀的精準鑒定范圍。利用高通量分子鑒定技術,在分子水平上盡快摸清我國大豆種質資源家底,針對不同生態區主要育種目標,建立區域化的種質資源性狀信息、分子數據和載體品種等信息數據庫,實現平臺共享。大力推進優異種質資源創制與利用,采用高通量現代技術方法發掘重要性狀相關優良基因、闡明性狀形成演化規律、鑒定優異單倍型并估算其育種效應,利用理化誘變技術結合目標基因精準突變技術創制新資源,為現代化大豆育種提供優異資源、優良基因及高效選擇方法,支撐大豆育種水平的持續提高,促進大豆新品種培育和基礎理論研究的發展。

 ?。ㄈ┩七M現代育種技術體系建設,提高育種效率和精度。針對我國主要生態區大豆生產中迫切需要解決的產量低、品質差、適應性低等問題,重點解決大豆產量相關性狀、重要品質性狀、主要適應性性狀的分子調控基礎等關鍵科學問題,著重加強大豆育種基礎理論研究。綜合利用基因組學、蛋白質組學、轉錄組學、代謝組學、基因編輯等方法與技術,鑒定控制不同產區大豆產量、品質、抗病蟲、抗逆、營養高效利用、株型等主要育種性狀的關鍵基因,解析基因功能并鑒定其優異等位基因。同時,開展大豆優異親本形成的遺傳解析、大豆營養因子形成與調控的分子機理等相關研究;明確大豆產量形成、形態建成、抗病和耐逆機制及蛋白、油分及功能性成分合成通路和基因網絡,解析基因與環境的關系,解決我國大豆優良品種培育中的重大基礎理論和技術瓶頸。同時,深入開展大豆分子標記輔助選擇、基因編輯技術、轉基因技術、全基因組選擇等現代生物育種技術的創新和優化,構建常規育種和生物技術緊密結合的大豆育種技術體系,加強大豆育種的機械化、規?;?、信息化、智能化建設,提高大豆育種精度和效率。

 ?。ㄋ模┡嘤黄菩缘拇蠖剐缕贩N,滿足不同消費類型需求。針對不同生態區生產上存在的問題,培育適應不同區域栽培的高產、優質、專用、抗病蟲、抗逆、廣適性的大豆新品種,其中北方春大豆區要重點培育早熟、稈強耐密、高附加值、蛋白含量高、功能性成分豐富、耐旱、耐低溫、抗病蟲,適于大面積機械精準化栽培和收獲的新品種;黃淮海地區要培育株型緊湊、適于免耕栽培、耐熱、稈強抗倒、蛋白含量高、抗病蟲的大豆新品種;南方多作大豆區要培育耐蔭、稈強、抗病蟲、耐酸鋁、適于間套作的粒用和菜用大豆新品種,滿足我國人民對不同消費類型食用大豆的需求。同時,培育耐蔭性好、生物產量高、莖葉蛋白質含量高的飼用型牧草大豆新品種。針對不同生態區育成的高產、優質、專用、多抗大豆“核心品種”,圍繞影響產量、品質和效益的水肥管理、栽培調控、植物保護等技術進行優化、集成、組裝及配套,形成適用于核心品種配套的增產、增效生產技術體系。通過良種與良法配套,充分挖掘新品種的增產潛力,提高大豆的綜合產能和效益。

 ?。ㄎ澹┙∪蠖狗N子生產和服務體系,提高種子供給能力。在不同生態區,建設規?;瘻y試網絡和測試體系,提高大豆種子測試能力;開展大豆規?;挤N生產和繁殖技術研究,強化大豆種子加工與質量控制技術體系建設,建立針對大豆種子加工與質量控制技術標準,提高種子質量和種子生產效率;探索產學研相結合的種子科技創新體系,建立現代商業化育種體系、現代種子生產體系和現代種子服務體系,促進國產優質食用大豆高質量發展。優化我國品種權保護政策,切實解決農民種子自繁自用與育種者知識產權保護之間的矛盾,提高大豆品種權保護力度和商品化率。

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