我国大豆分子设计育种成果与展望
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第1篇一、引言大豆(Glycine max L. Merril)是我国重要的油料作物和蛋白质来源,其产量和品质直接影响着我国粮食安全和人民生活质量。
近年来,随着全球气候变化和资源环境约束的加剧,大豆育种面临着巨大的挑战。
本报告总结了我国大豆育种研究的主要成果、存在的问题及未来发展趋势。
二、大豆育种研究的主要成果1. 育种技术不断创新(1)分子标记辅助选择:通过分子标记技术,快速筛选优异基因,提高育种效率。
例如,我国科研团队成功研发了大豆SSR标记,为大豆育种提供了有力的技术支持。
(2)基因编辑技术:利用CRISPR/Cas9等基因编辑技术,对大豆基因进行精准改良,提高大豆产量、抗逆性和品质。
如关跃峰等研究团队通过基因编辑技术,成功创制了根瘤数量不同程度改变的各种大豆突变体,实现了碳氮平衡的高效固氮,提高了大豆产量和蛋白含量。
(3)分子育种技术:结合分子标记辅助选择和基因编辑技术,实现大豆品种的精准育种。
如苏二虎等研究团队针对内蒙古野生大豆资源,开展分子育种研究,发掘优异基因,提高大豆产量和品质。
2. 优异品种选育取得显著成效(1)高产大豆品种:我国育成了多个高产大豆品种,如“中黄13”、“辽豆25”等,产量比传统品种提高20%以上。
(2)高蛋白大豆品种:我国育成了多个高蛋白大豆品种,如“中黄16”、“中豆22”等,蛋白质含量比传统品种提高10%以上。
(3)抗逆性大豆品种:我国育成了多个抗逆性大豆品种,如“中黄18”、“黑农61”等,适应性强,产量稳定。
3. 育种体系不断完善(1)品种资源保护:我国建立了大豆品种资源库,收集保存了丰富的大豆品种资源,为育种研究提供了基础。
(2)育种技术平台建设:我国建立了大豆育种技术平台,为育种研究提供了技术支持。
(3)育种产业链条完善:我国大豆育种产业链条逐步完善,从品种选育、种子生产到销售,形成了完整的产业链。
三、大豆育种存在的问题1. 育种技术有待进一步提高(1)分子育种技术:尽管我国在分子育种领域取得了一定的成果,但与发达国家相比,仍存在较大差距。
我国大豆育种的新进展近几年,我国大豆育种的新进展受到国内外的大量关注和推崇。
国家农业科学院和科技部连同诸多科研机构共同合作,在大豆育种方面取得了突破性进展。
首先,我国大豆育种科学水平明显提高。
改良种和新品种的培育工作得到不断加强,相应的育种技术、育种方法和育种理论也得到了充分发挥。
近几年,我国以改良既有品种为基础,由越南、日本、美国等国引进大豆新品种,其品质、生产水平和采收率均达到国际先进水平。
此外,在育种理论和育种技术的研究与开发方面,科研机构和大豆种质资源保护中心开展了大量活动。
其次,多种新技术应用于大豆育种。
计算机辅助育种成为大豆育种领域内最先进的技术,它可以在更短的时间内更有效地达到育种目的。
与此同时,还推广应用DNA测序技术、基因工程技术等新技术,从而更有效地追踪种源,识别新品种,加快育种进程。
最后,大豆育种学家们经过长期的研究,提出了一系列的育种新理念。
大豆育种的新理念,如“可持续性育种”、“品质增值育种”、“安全育种”等,对于更高质量、更好品质、更高增产的大豆育种有重要意义。
综上所述,我国大豆育种的新进展是一个值得关注的话题,我们可以看到,大豆育种的技术发展、新理念的产生以及新品种的引进等都推动了我国大豆育种的新进展。
这些新进展,为我国大豆产业的发展提供了有力的技术支持。
未来,我国大豆育种的科学水平将越来越高,各类新技术也将得到更广泛的应用。
政府在推动大豆育种发展的过程中要给予更多的支持,为保障大豆种质资源安全和大豆育种工作的发展创造有利的政策环境,以此提高我国大豆质量,满足国际市场大豆需求,使我国大豆产业更好发展。
结尾综上所述,近几年我国大豆育种取得了明显的进展,政府也在加大支持力度,从而推进大豆育种的发展。
未来我国大豆育种的科学水平将更上一层楼,为国家大豆产业的发展和提高大豆品质提供强有力的技术支撑。
大豆抗病育种摘要随着人们对健康饮食的需求日益增长,大豆已经成为越来越多人的选择。
但是,在种植大豆的过程中,病虫害的问题也随之而来。
为了解决这一问题,科学家们进行了大豆抗病育种的研究。
本文将对大豆抗病育种的背景、现状以及未来进行探讨。
一、大豆抗病育种的背景在过去的几十年里,大豆生产一直受到广泛的关注。
大豆不仅是一种重要的蛋白质来源,而且是重要的农业作物。
然而,在大豆种植的过程中,病虫害是一个重要的问题。
传统的防治方法包括化学药物、生物防治以及物理防治,但是这些方法会对生态环境造成不可逆的损害。
为解决这一问题,科研人员选择进行大豆抗病育种。
二、大豆抗病育种的现状目前,大豆的品种多样性极高。
大豆栽培时,病毒、菌、虫、草等害虫会对大豆产生不同程度的损害,并逐渐导致大豆的生长停滞、叶片逐渐凋萎、减少茎秆复合,同时会导致产量的下降。
人们选择通过育种的方法,来寻找能够抵御不同病虫害的大豆品种。
目前,大豆抗病育种主要分为生物防治和分子育种两种方法。
1、生物防治生物防治包括利用真菌、细菌、病毒以及其他微生物来对抗病虫害。
生物防治主要依赖于天然杀菌剂和生物制品,通过抑制和杀灭病原体,从而达到控制病害的目的。
这样不仅可以保持环境的稳定性,同时还可以提高大豆的种植品质和收成。
2、分子育种分子育种是一项新兴的技术,它可以通过分析大豆基因组的结构和基因组中存在的通路,来筛选抗病性更强的大豆品种。
分子育种的主要方法包括基因组学、遗传学和生物信息学等。
这些技术可以帮助人们了解大豆病害产生的原因,并为培育更加耐病性的大豆品种提供支撑。
三、大豆抗病育种的未来对于大豆抗病育种的未来展望,两种方法都有着巨大的潜力。
具体而言,大豆生物防治将不断研究和开发新的杀菌剂和生物制品,并将这些技术应用到现有的保护措施中去。
生物防治不仅能够保留环境,同时也能够保证大豆种植的品质和产量。
而分子育种技术的应用,可以更加准确地寻找具有高抗病性的基因。
这种技术可以帮助培育更强和耐病的豆品种,并能够进一步提高大豆的产量和品质。
大豆育种总结报告大豆育种总结报告大豆是世界主要的粮食作物之一,对人类的生活贡献极大。
然而,随着人口的不断增长和粮食需求的增加,大豆产量的提高成为当今社会所面临的重要问题。
因此,大豆育种逐渐成为农业科技研究的热点之一。
我国大豆育种是在长期的实践和研究的基础上发展起来的。
通过传统育种和现代生物技术相结合的方法,不断研发和培育出了一系列的良种。
这些新品种具有高产、抗病虫害、适应性强等特点,为我国大豆产量的提高做出了巨大贡献。
首先,在育种过程中,我们充分利用了现代生物技术手段,例如利用基因编辑技术对大豆基因进行改良,以提高大豆的产量和抗逆性。
同时,我们也积极引进国外先进的大豆育种技术和材料,并通过与国外科研机构的合作,不断优化我们国家的育种技术。
其次,我们重点关注抗病虫害的育种工作。
通过选择具有一定抗性的大豆种质资源,并通过杂交育种的方式,研发出了具有抗病虫害的新品种。
这些新品种在实际生产中表现优异,有效地减少了农药的使用量,减轻了环境污染,提高了大豆产量。
此外,我们还注重提高大豆的品质和适应性。
通过杂交和选择的方式,我们成功地培育出了一系列适应性强、品质优良的新品种。
这些新品种不仅在我国国内得到了广泛应用,还在国际市场上拥有竞争优势,大幅提升了我国大豆的市场地位和影响力。
在大豆育种过程中,我们还面临一些挑战和问题。
首先是人力和物力的不足,大豆育种需要大量的人力和物力投入,但目前我国在这方面的资源仍然不足。
其次是技术的不完善,虽然我们已经在育种技术方面取得了一定进展,但与国际先进水平相比,仍然存在一定差距。
最后是市场需求的不确定性,因为大豆的市场需求受多种因素的影响,我们需要及时调整育种策略,以适应市场的变化。
为了进一步推动大豆育种工作的发展,我们提出了以下几点建议:首先,加大对大豆育种研究的投入力度,提高育种技术的水平。
其次,加强国内外科研机构的合作,借鉴国外先进的大豆育种技术和经验。
最后,加强市场需求的调研,根据市场需求调整育种策略,提高大豆品种的市场竞争力。
大豆分子育种大豆是全球重要的粮食作物和油料作物之一,其广泛应用于食品加工、饲料生产和能源开发等领域。
然而,如何进一步提高大豆的产量和品质一直是种植者和科学家们关注的热点问题之一。
为了实现这一目标,分子育种作为一种现代育种方法,在大豆育种中发挥了关键作用。
一、大豆分子育种的基本原理和方法大豆分子育种是基于大豆的基因组和遗传信息,通过利用分子标记和基因组学等技术手段,寻找与产量、品质等重要农艺性状相关的基因或位点,并利用这些信息进行优良品种的选育和改良。
其基本原理和方法可分为以下几个方面:1. 多态性标记的筛选。
利用分子标记技术,对大豆种质资源进行遗传多样性分析,筛选具有多态性和与目标性状相关的分子标记。
2. 关联分析。
通过收集大豆种质资源的多态性标记信息和农艺性状表型数据,运用统计学和生物信息学方法,进行基因位点与性状之间的关联分析,确定与目标性状相关的基因或位点。
3. 基因定位。
通过大豆种质资源的交叉分离群体和分子标记的遗传图谱构建,将目标性状相关基因定位在染色体上,为后续的分子标记辅助选择和基因克隆提供基础。
4. 分子标记辅助选择。
根据基因定位结果,发展针对有关基因的分子标记,通过标记辅助选择的方式,加速优良基因的引入和固定,提高育种效率。
二、大豆分子育种的应用进展和成果大豆分子育种在过去几十年中取得了显著的进展和成果。
通过分子育种手段的应用,科学家们成功地鉴定和利用了与大豆产量、耐逆性、品质等相关的基因或位点,开展了一系列大豆育种项目,取得了以下成果:1. 产量的提高。
通过发掘与产量相关的基因或位点,优良的产量性状被成功地引入到现有的商业品种中,提高了大豆的单株产量和总产量。
2. 耐逆性的改良。
利用分子标记和基因组学的方法,发掘与大豆耐旱、耐寒、抗病等性状相关的基因或位点,成功培育了一批具有优良耐逆性的品种,提高了大豆的抗逆性和适应性。
3. 品质的改良。
大豆分子育种也被广泛应用于大豆蛋白质含量、脂肪酸组成、油酸含量等品质性状的改良。
大豆分子设计育种技术是一种先进的育种手段,它利用
分子生物学、遗传学、基因组学等多学科的知识和技术,通
过对大豆基因组进行精确设计和改造,培育出具有优异性状
的大豆新品种。
这种技术的主要优势在于能够更精确、高效
地改善大豆的农艺性状,如产量、品质、抗性等,从而满足
现代农业生产的需要。
在大豆分子设计育种技术的创新方面,主要包括以下几
个方面:
1.大豆基因组测序和基因挖掘:通过对大豆基因组的测序
和分析,挖掘出与重要农艺性状相关的基因,为后续的分子
设计育种提供基因资源。
2.分子标记辅助选择:利用分子标记技术对大豆进行基因
型鉴定,实现对目标性状的快速、准确选择,提高育种效率。
3.基因编辑技术的应用:通过基因编辑技术,如CRISPR-Cas9等,对大豆基因组进行精确编辑,实现对特定基因的定点突变或插入,从而创造出具有优异性状的大豆
新材料。
在大豆分子设计育种技术的应用方面,已经取得了显著的成
果。
例如,通过分子设计育种技术,已经成功培育出多个具
有高产、优质、抗病、抗虫等优异性状的大豆新品种,这些
品种在农业生产中得到了广泛应用,并取得了良好的经济效益和社会效益。
此外,随着技术的不断发展,大豆分子设计育种技术还有很大的发展空间。
例如,可以通过进一步挖掘和利用大豆基因组中的优异基因资源,提高大豆的产量和品质;同时,也可以结合其他育种手段,如杂交育种、诱变育种等,进一步提高大豆分子设计育种的效率和准确性。
总之,大豆分子设计育种技术及优异材料的创新与应用是现代农业科技发展的重要方向之一。
通过不断创新和完善这种技术,有望为大豆产业的可持续发展提供强有力的技术支撑。
大豆育种与遗传改良的研究进展近年来,随着全球对于粮食安全和可持续农业的关注日益增加,大豆作为一种重要的粮食作物也受到了广泛关注。
大豆育种和遗传改良成为提高大豆产量和品质的关键手段。
本文将介绍大豆育种与遗传改良的研究进展,探讨其对大豆产业的意义和发展前景。
一、大豆育种的目标和策略大豆育种的目标是培育出适应不同环境条件、高产优质的大豆品种。
为了实现这一目标,育种工作者采用了多种策略。
首先,通过遴选具有高产性、抗病害和适应不同种植区域条件的优良种质资源,为后续的育种工作提供基础。
其次,利用现代分子生物学和基因工程技术,研究大豆的遗传规律和基因功能,探索与产量和品质相关的关键基因,从而为后续的分子辅助选择和转基因改良提供理论依据。
此外,还可以通过杂交育种、突变育种等手段,快速获得具有新性状或改良性状的大豆品种。
二、大豆遗传改良的研究进展在大豆遗传改良方面,研究人员取得了一系列重要成果。
首先,通过基因组学研究,确定了大豆基因组的组成和功能,并发现了一些与产量和品质相关的重要基因。
例如,研究人员鉴定了控制大豆花荚颜色的重要基因,为进一步培育色素丰富的大豆品种奠定了基础。
其次,利用分子标记辅助选择技术,在大豆育种中实现了高效率的品种选择,加速了育种进程。
通过与具有抗病性的优良品种进行杂交,研究人员还成功培育出多个抗病性强的大豆品种,提高了大豆抗病能力。
此外,还开展了大豆转基因改良的研究。
研究人员通过转基因技术向大豆中导入抗虫基因和耐逆基因,增强大豆的抗虫性和逆境适应能力,提高了大豆产量和品质。
三、大豆育种与遗传改良的意义和前景大豆育种与遗传改良对于提高大豆产量和品质、促进粮食安全和可持续农业具有重要意义。
首先,通过培育高产优质的大豆品种,可以提高大豆产量,满足人们不断增长的粮食需求。
其次,通过提高大豆的抗病性和耐逆性,可以减少农药的使用,降低农业对环境的负担,并提高农业的可持续性。
此外,大豆还是一种重要的蛋白质来源,改良大豆的品质可以提高人们的蛋白质摄入水平,满足人们对高品质膳食的需求。
当前我国的大豆育种相关技术的发展取得了重要突破,无论是育种理论,还是育种技术,都发生不同程度的变革。
将多种技术加以整合,通过分子标记或者转基因育种等技术能够改良大豆基因。
本文首先对于大豆分子的标记育种方式进行分析,提出育种过程存在的各项挑战,并对分子育种未来工作发展提出展望。
一、大豆分子育种现状1、分子标记应用分子标记法辅助大豆的育种环节,主要可通过如下几方面工作进行:第一,构建遗传图谱,该项工作为分子育种基础工作。
我国科学家使用“长农4号”和“新民6号”等共同组合为F2群体,构建出以RFLP为主的分子图谱。
国外Hwang使用3组自交系,构建SSR 与STS标记共计1810个,涵盖高密度的大豆遗传图谱,超过20个连锁群,并且每个连锁群的平均标记数量超过90.5个。
第二,性状基因的定位,重点致力于大豆品质、产量等农艺形状基因的研究。
周蓉等使用“中豆32”和“中豆29”等自交系群,对于大豆的单株产量以及产量组成的因子遗传效应进行分析,结果显示,产量组成因子以及大豆的倒伏形状和38个遗传效应相关。
第三,分子标记选择,此技术能够改良作物的遗传形状,通过杂交后代,寻找表现型、基因型等进行鉴定,辅助育种选择。
我国农科院使用“鲁豆4号”,通过回交转育的方式,探索SSR标记法,找到适宜的标记数目,结果显示,使用少数的标记进行初筛,能够筛选出遗传的回复率高材料,之后标记鉴定,逐渐减少标记数目,能够提高目的形状的培育进程。
2、转基因育种大豆转基因育种主要使用基因枪、农杆菌介导等方法转化子叶节、体细胞以及胚轴等遗传物质。
我国对于转基因大豆的研究还存在于筛选植株、检测植株以及鉴定植株等阶段。
以介导法展开大豆的胚尖遗传物质转化,可发现培养时间和浸染时间等因素对于遗传转化产生的影响。
国外的转基因大豆的研究发展相对较快,对于大豆FAD2以及FatB等基因进行抑制,有效提高大豆油酸的含量,获得的大豆新品种中油酸含量为85%。
随着各学者对于大豆蛋白、氨基酸、油脂等组分展开研究,经过改良之后,获得的大豆品种具有良好的抗虫二、大豆分子育种面临的挑战1、突破性品种少对比于国外先进的大豆分子育种模式培育出的品种,我国通过此育种模式培育出的具有突破性的品种相对较少,而且转基因品种也局限在棉花培育领域之内。
大豆杂交育种研究报告大豆是重要的粮食作物之一,其育种研究对增加产量和提高品质具有重要意义。
本文通过对大豆杂交育种进行研究,总结出以下内容。
首先,大豆杂交育种存在的问题和挑战。
大豆作为自交优势的作物,长期以来都是采用纯系育种方法进行的。
然而,采用纯系育种方法育种的速度较慢,进而限制了大豆品种改良的效率。
此外,大豆自交亲和性的遗传特点也限制了纯系育种方法对产量和品质的改良效果。
其次,大豆杂交育种的优势和应用前景。
大豆杂交育种是指通过对两个或多个不同亲本进行杂交,利用杂种优势提高产量和品质。
杂交育种可以有效解决自交亲和性低的问题,进一步提高大豆产量和品质。
同时,利用杂交育种还可以增加大豆的种质资源,以满足市场需求,并提高大豆的适应性和抗逆性。
进一步,大豆杂交育种的研究内容和方法。
大豆杂交育种的研究内容主要包括亲本选择、杂交组合筛选、杂交种子的采集和筛选等。
亲本选择是杂交育种的基础,需要根据不同的遗传特性和生长环境选择合适的亲本进行杂交。
杂交组合筛选是根据亲本的遗传背景和性状表现进行筛选,以提高杂交后代的产量和品质。
杂交种子的采集和筛选是为了确保杂交后代的纯度和一致性,避免杂质的干扰。
最后,大豆杂交育种的应用案例和前景展望。
近年来,通过大豆杂交育种研究,已经获得了许多优良的杂交品种。
这些杂交品种具有高产、抗病、抗逆等优点,能够满足农业生产对高产高效的需求。
未来,大豆杂交育种还可以结合分子标记辅助选择等新技术,进一步提高育种效率和品质。
综上所述,大豆杂交育种是提高大豆产量和品质的重要途径。
通过优良亲本的选择、杂交组合筛选和杂交种子的采集和筛选等研究内容和方法,可以提高大豆杂交品种的生产性状和抗逆性。
大豆杂交育种在实际应用中已经取得了显著的成果,并具有良好的应用前景。
大家好!今天,我非常荣幸能够在这里就大豆育种方面进行总结发言。
大豆作为我国重要的粮食作物和油料作物,在我国农业发展中占有举足轻重的地位。
近年来,随着科技的发展和农业现代化的推进,大豆育种取得了显著的成果。
在此,我将对大豆育种方面进行总结,并与大家共同探讨未来的发展方向。
一、大豆育种取得的主要成果1. 品种数量和质量显著提高近年来,我国大豆育种取得了显著的成果,品种数量和质量不断提高。
据统计,我国大豆品种数量已超过2000个,其中优良品种占比超过60%。
这些品种在产量、品质、抗病性等方面均有显著提高,为我国大豆产业的发展提供了有力支撑。
2. 育种技术不断创新在大豆育种过程中,我国科研人员不断创新育种技术,提高了育种效率。
目前,大豆育种技术主要包括分子标记辅助选择、基因编辑、转基因等技术。
这些技术的应用,使大豆育种更加精准、高效。
3. 抗病性育种取得突破大豆病害一直是制约大豆产业发展的重要因素。
近年来,我国科研人员通过抗病性育种,培育出一批抗病性强的品种。
这些品种在病害发生地区表现出良好的抗病性,有效降低了病害对大豆产量的影响。
4. 优质育种取得进展随着人们生活水平的提高,对大豆品质的要求也越来越高。
我国科研人员通过优质育种,培育出一批高蛋白、高油酸、低亚麻酸等优质大豆品种。
这些品种在市场上具有很高的竞争力。
二、大豆育种面临的问题与挑战1. 育种资源匮乏大豆育种资源是育种工作的基础。
然而,我国大豆育种资源相对匮乏,特别是优异基因资源。
这限制了大豆育种工作的开展。
2. 育种技术有待完善尽管我国大豆育种技术取得了长足进步,但与发达国家相比,仍存在一定差距。
特别是在分子育种、基因编辑等方面,我国还需加大研发力度。
3. 环境适应性不足大豆品种的环境适应性是保证产量和品质的关键。
然而,我国大豆品种在适应不同生态环境方面仍存在不足,影响了大豆产业的发展。
4. 市场竞争加剧随着全球大豆市场的竞争加剧,我国大豆产业面临着巨大的压力。
农业资讯NONGYEZIXUN农业信息大豆分子设计育种的研究进展与展望孙向伟1 于岸洲2 李晓雪3(1.东北农业大学农学院,黑龙江哈尔滨 150030;2.东北农业大学生命科学学院,黑龙江哈尔滨 150030; 3.西南大学园艺园林学院,重庆 400715)摘 要 从分子标记技术、分子模块设计两个层面入手,针对大豆分子设计育种工作的研究进展和未来展望进行了分析,希望能够为未来的大豆分子设计育种工作提供借鉴。
关键词 大豆分子;设计育种;基因大豆不仅是我国的重点粮食产物,也是世界上的主要产油原料,是人类的主要蛋白质来源[1-5]。
大豆最早起源于中国,直到18世纪才传到西方。
随着人们的生活水平不断提高,我国对于大豆的需求不断攀升,因此需要在对大豆分子设计育种进行进一步研究。
1 大豆分子设计育种的研究进展1.1 分子标记技术 分子标记能够为分子设计育种提供辅助支持,我国在大豆遗传图谱研究上晚于西方,在分子标记数目、密度与对应性上均存在较大差距,研究人员先后选取“长农4号”“新民6号”“东农594”“合丰25”等大豆品种作为亲本,利用SSR、EST、形态学等标记方法进行分子图谱建构的研究,并在利用SPSC方法将试验样本与原样本进行比较时发现其中的多个标记和连锁群产生根本性变化,由此为比较基因组学与QTL定位等层面的研究提供了重要参考依据。
伴随分子标记技术的发展,研究人员先后利用SSR、RFLP、RAPD、AFLP、同功酶等标记技术提高遗传图谱密度,并将遗传图谱进行整合、加密处理,其后SNP分子标记技术的研发促使标记密度得到进一步增大,为遗传连锁图谱研究奠定了稳固的基础。
近年来,国内外研究人员从产量性状、品质性状、耐逆性状等不同角度开展一系列的研究活动,运用QTL检测方法针对不同QTL所处的连锁群、连锁区域及其具体数目开展研究试验,将直接影响遗传模型中的QTL数量与分布情况,诸如种子粒径、茎强度、光照周期等性状基因对于大豆的产量性状具有直接影响,以蔗糖、脂肪酸为代表的性状基因将影响大豆的品质性状,而耐旱、抗倒伏等基因则与大豆的耐逆性状存在关联。
第1篇一、引言大豆作为一种重要的粮食作物,在我国农业发展中占据着举足轻重的地位。
近年来,随着我国人口的增长和耕地面积的减少,大豆产量和品质的提高成为我国农业发展的重要任务。
大豆育种作为提高大豆产量和品质的关键环节,一直是我国农业科研工作的重点。
本文对大豆育种工作进行了总结,旨在为我国大豆育种工作提供参考。
二、大豆育种工作概述1. 育种目标大豆育种目标主要包括提高产量、改善品质、增强抗逆性和适应性等方面。
具体目标如下:(1)提高产量:通过选育高产品种,增加单位面积产量,满足我国大豆市场需求。
(2)改善品质:提高大豆蛋白质、脂肪等营养成分含量,提高食用价值和加工性能。
(3)增强抗逆性:提高大豆对干旱、盐碱、病虫害等逆境的抵抗能力。
(4)适应性:提高大豆在不同生态区域的适应性,扩大种植范围。
2. 育种方法大豆育种方法主要包括以下几种:(1)传统育种:利用品种间杂交、自交、回交等手段,筛选出优良基因型。
(2)分子标记辅助育种:利用分子标记技术,快速筛选具有优良基因的亲本和后代。
(3)基因工程育种:通过基因编辑、转基因等技术,将外源基因导入大豆,培育具有特定性状的新品种。
三、大豆育种工作成果1. 高产大豆品种选育近年来,我国大豆育种工作者选育出一批高产大豆品种,如“中黄13”、“黑农45”等。
这些品种具有较高的产量潜力,在适宜的栽培条件下,单产可达200公斤/亩以上。
2. 高品质大豆品种选育通过选育高蛋白质、高脂肪、高油酸等高品质大豆品种,提高大豆的食用价值和加工性能。
如“中黄系列”、“黄淮海系列”等品种,蛋白质含量可达40%以上,脂肪含量在20%左右。
3. 抗逆性大豆品种选育针对我国大豆种植区域多、生态环境复杂的特点,选育出一批抗逆性大豆品种。
如“中抗系列”、“黄淮海系列”等品种,具有较强的抗旱、抗盐碱、抗病虫害等能力。
4. 适应性大豆品种选育针对我国不同生态区域的气候特点,选育出一批适应性大豆品种。
如“东北春大豆”、“黄淮海夏大豆”等品种,在不同生态区域表现出良好的适应性。
大豆育种工作的现状与展望摘要:本文对国内外大豆育种工作进行了回顾和展望,详细地介绍了大豆主要生产国在遗传资源利用、品质育种、抗性育种、不育系及生物技术等方面研究与实践的最新进展。
1、世界上大豆主要生产国的高产理论与实践1.1大豆主要生产国的生产概况目前世界上大豆主要生产国是美国、巴西、中国和阿根廷,这4个国家大豆产量占世界大豆总产量的87%。
1988-1998年,世界大豆总产量增加了32.6%,单位面积产量增加了13.2%。
1998年世界大豆种植面积已达7010.3万hm2,总产量15577.1万t,单产2222.0kg·hm2。
种植面积和总产量居第一位的是美国,分别是2896.4万hm2和7518.6万t,占全球种植面积和总产量的41.3%和48.3%。
单产水平最高的是埃及,为2641.2kg·hm-2,高于世界平均单产18.9%;中国大豆总产量从1980年(794万t)开始逐年增加,到1994年达到顶峰(1560万t),1998年总产量已减少到1375万t,单产水平由1980年的1099 kg·hm-2,增加到1998年的1676.8 kg·hm-2。
在欧美诸国,大豆多数作为食用油原料和饲料蛋白源;亚洲则多以大豆为传统食品。
欧洲国家由于畜牧业发达,主要进口大豆饼粕作饲料;亚洲国家则主要进口大豆和大豆油。
大豆最大出口国是美国,1978-1980年间,大豆出口2100万t,1988-1990年间有所下降,仍为1650万t,1998年出口2570万t。
其次是巴西,大豆出口从1978-1980年的100万t猛增到1988-1990年间的400万t,成为世界第二大生产国。
中国自1995/1996年起,从大豆净出口国逆转为净进口国,1994/1995年净出口大豆23万t,1997/1998年净进口大豆282万t。
巴西、阿根廷等国大豆生产快速增长的主要原因是开发低纬度热带地区的大豆生产,选育长青春期品种;筛选适应酸性土壤环境的固氮菌生理小种;确定适宜的播期、收获期、施肥和土壤管理措施以增加生产率,减少干旱的影响;大豆与其他作物轮作,减少病虫害的影响。
分子设计育种技术在大豆改良中的应用研究大豆 (Glycine max) 是世界上最重要的农作物之一,广泛用于食品、饲料和能源生产。
然而,随着全球人口的增长和粮食需求的不断增加,传统的育种方法已经无法满足大豆产量和品质的要求。
因此,分子设计育种技术的应用在大豆改良中变得愈发重要。
分子设计育种技术是一种基于分子生物学和遗传学的新一代育种方法。
它通过识别和利用基因组中与目标性状相关的基因,来加速其遗传改良。
近年来,分子设计育种技术在大豆改良中的应用得到了广泛关注,并取得了令人瞩目的成就。
首先,分子设计育种技术为大豆品种的选育提供了新的途径。
通过分析大豆基因组中与产量、抗性和品质等重要性状相关的基因,研究人员可以针对这些基因进行定向选择和改良。
例如,研究人员利用分子标记辅助选择技术 (MAS) 来筛选具有高产量和抗病性的大豆品种。
这种技术可以通过检测与目标性状相关的分子标记,来快速选择具有理想性状的个体,并进行后代选育。
相比传统的经验选择方法,分子设计育种技术更加高效和准确。
其次,分子设计育种技术为大豆育种提供了一种研究复杂性状的手段。
大豆的许多重要性状,如产量、耐盐碱性和耐病性等,都是由多个基因共同决定的。
传统的育种方法往往很难精确控制这些复杂性状的遗传改良。
而分子设计育种技术通过功能基因组学、基因编辑和基因组选择等方法,可以更好地解析这些复杂性状的遗传基础,并进行精确选择与改良。
例如,利用基因编辑技术,研究人员成功地删除了控制大豆品质的负调控基因,从而提高了大豆脂肪和蛋白质含量。
此外,分子设计育种技术还可以加速大豆育种进程。
传统育种方法需要经过多年的选择、杂交和后代筛选才能获得理想的品种。
而利用分子设计育种技术,研究人员可以直接选择和改良与目标性状相关的基因,从而减少育种周期。
例如,通过利用转基因技术,研究人员成功地将抗虫基因导入大豆中,使其具备了抗虫能力,并在短时间内获得了抗虫品种。
然而,分子设计育种技术在大豆改良中的应用还面临一些挑战和问题。
我国大豆分子设计育种成果与展望田志喜1*刘宝辉2 杨艳萍3 李 明1 姚 远4 任小波4 薛勇彪11 中国科学院遗传与发育生物学研究所 北京 1001012 中国科学院东北地理与农业生态研究所 哈尔滨 1500813 中国科学院文献情报中心 北京 1001904 中国科学院 重大科技任务局 北京 100864摘要 大豆是重要的粮油兼用作物,同时也是人类优质蛋白及畜牧业饲料蛋白的主要来源,在我国粮食结构中占有重要地位。
目前,我国育种技术主要以常规育种为主,大豆科学研究和生产水平明显落后于美国。
通过中国科学院战略性先导科技专项(A 类)“分子模块设计育种创新体系”的实施,已经鉴定到若干高产、优质分子模块,解析了部分重要农艺性状的模块耦合效应,创制了一批大豆优异种质材料,成功培育多个高产、优质的初级模块大豆新品种,初步建立了大豆分子模块设计育种体系。
未来,应继续加强种质资源的系统评价、挖掘利用和创制,推动自主性整合公共数据库构建,健全数据共享机制,大力开展大豆高产稳产突破性技术和豆粕替代饲料的研究,加快分子设计育种和人工智能育种创新体系建设,培育具有突破性的大豆新品种,创制绿色高效栽培技术,增强我国大豆自产能力,缓解大豆需求缺口。
关键词 大豆,育种技术,分子模块设计育种,分子模块,模块耦合与组装DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2018.09.004*通讯作者资助项目:中国科学院战略性先导科技专项(A 类)(XDA 08000000)修改稿收到日期:2018年8月27日① USDA. https:///psdonline/app/index.html#/app/advQuery.专题:分子模块设计育种Designer Breeding by Molecular Modules1 我国大豆产业与科研现状1.1 大豆是我国食用油和饲料的主要来源,供需矛盾日益突出大豆是重要的粮食作物和经济作物,为人类提供丰富优质的油脂和蛋白资源。
无论大豆油还是作为饲料的豆粕,我国一直都是消费大国,消费量居世界第一位。
仅 2017 年,我国消费大豆油 1 740 万吨,占全球消费总量的 30.9%;消费豆粕 7 407 万吨,占全球消费总量的 31.7%①。
随着人口增长、人民生活水平提高和饮食结构的变化,我国对大豆的需求逐年增加,供求矛盾日益突出。
1995 年以前我国一直是大豆净出口国。
1995 年,国家调整大豆进出口政策,增加进口,减少出口,我国首次成为大豆进口国,随后呈逐年上升趋势。
2000 年进口突破 1 000 万吨,2010 年突破 5 000 万吨,2017 年高达 9 553 万吨。
目前,我国大豆对外依存度高达 87% 以上,为世界最大的大豆进口国,且 2017 年的进口主要来源于巴西、美国和阿根廷,分别占我国进口总量的 53%、34% 和 7%②。
1.2我国大豆生产和科研水平落后于美国自 1978 年以来,经过大豆育种学家的不懈努力,我国已经培育了 1 800 多个大豆新品种,在生产上品种更换了 4—5 次,使大豆单产提高 140%。
但是,与国外大豆主要生产国相比,我国大豆单产还有很大差距。
目前,巴西、美国和阿根廷等大豆生产大国的大豆平均产量已经高于 3 000 公斤/公顷(相当于 200 公斤/亩);与之相比,我国大豆平均单产长期以来在 120 公斤/亩左右徘徊。
近年来,我国大豆科研水平有了明显提升,但与美国相比,还有相当大的差距。
对 1916—2017 年间大豆相关研究的 SCI 论文进行统计,结果表明,美国以绝对的数量和质量优势占据全球大豆研究发文量的首位,其研究论文总量占全球总发文量的 44%,且发文量排名前 10 位的机构均来自美国,Top10% 的高被引论文数量也排名第一,占高被引论文总量的一半以上。
在大豆相关发明专利授权数量上,美国也雄踞榜首。
通过大豆核心专利的技术布局分析发现,核心专利和相关技术主要掌握在孟山都、陶氏-杜邦等美国公司手中,这些公司通过对大豆种子技术的掌控来实现对产业链源头的垄断。
在育种技术上,美国育种公司已经开始了分子育种,而我国基本以传统育种方式为主,在育种效率和对具体性状的精确改良上明显落后于美国。
2大豆分子模块设计育种成果通过中国科学院战略性先导科技专项(A类)“分子模块设计育种创新体系”的实施,我国在分子模块鉴定、分子模块耦合效应解析、初级分子模块设计品种培育等方面都取得了较好的进展,初步建立了大豆分子模块设计育种体系。
相关研究成果发表于Nature Biotechnology、Nature Genetics、Molecular Plant等国际期刊,申请和获得发明专利 20 多项。
2.1分子模块鉴定大豆是光周期敏感的短日照植物,这限制了大豆的种植区域。
中国科学院东北地理与农业生态研究所(以下简称“东北地理所”)孔凡江和刘宝辉团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所(以下简称“遗传发育所”)田志喜团队和中国科学院华南植物园侯兴亮团队合作,克隆了大豆长童期基因J。
该基因突变型可推迟低纬度条件下(短日照)大豆开花时间,比野生型提高产量 30%—50%。
通过功能分析揭示了大豆特异的光周期调控开花的 PHYA(E3E4)-J-E1-FT 遗传网络模型。
群体遗传学分析发现,J 基因在适应低纬度大豆品种中至少存在8种功能缺失型等位变异,该研究为大豆在低纬度地区的生产奠定了重要的理论基础。
相关研究结果于 2017 年发表在Nature Genetics[1]。
国内外学术期刊Nature Plants、Chinese Bulletin of Botany 等作了专文评述:“研究结果为大豆热带地区适应性理论的揭示和应用打开了一扇大门”。
此研究成果入选了《国家自然科学基金资助项目优秀成果选编(七)》。
百粒重是大豆产量的重要构成因子,受多个遗传位点调控,目前有关大豆百粒重基因的克隆和种子形成的分子机制研究还较少。
遗传发育所张劲松和陈受宜究团队与黑龙江省农业科学院满为群和来永才等团队合作,利用全基因组重测序,通过对野生大豆 ZYD7 和栽培大豆 HN44 的重组自交系群体材料进行 QTL 分析,发现一个来源于野生大豆控制大豆百粒重的优势基因Glyma17g33690(PP2C),其作用机制是与油菜素内酯②农业部市场与经济信息司。
农产品供需形势分析月报。
[2018-02-11]。
/ztzl/nybrl/rlxx/201802/P020180211534950278328.pdf。
BR信号通路的转录因子(GmBZR1 等)相互作用,通过去磷酸化激活这些转录因子来促进下游控制种子大小的基因表达以提高粒重。
群体遗传分析发现,近 40% 的栽培大豆不含PP2C-1基因型,该基因型导入到不含该位点的大豆品种中有望进一步提高现有大豆品种产量。
相关研究结果于 2017 年发表在Molecular Plant[2]。
中国科学院植物研究所贺超英团队与东北农业大学合作,通过对栽培大豆 SN14 和野大豆 ZYD0006 杂交群体的 QTL 及两个亲本差异表达基因的共定位分析发现,GmWRKY15a非翻译区中 CT 重复数目的变异影响其表达量,很可能与大豆种子大小及其驯化有关。
这一工作首次发现了 WRKY 转录因子参与调控大豆种子大小,为理解大豆驯化过程和机制提供了新的思路。
相关研究结果于 2017 年发表在Journal of Experimental Botany[3]。
大豆叶柄夹角影响冠层结构、光合作用效率,并最终影响产量,是大豆的重要农艺性状之一,但叶柄夹角的调控机制尚不明确。
东北地理所冯献忠团队与中国农业科学院和美国普渡大学研究团队合作,通过分析大豆叶柄夹角增大的gmilpa1突变体,鉴定了控制大豆叶柄夹角的GmILPA1 基因。
该基因编码 APC8-like 蛋白,并通过与GmAPC13a互作形成复合体来行使功能。
研究还发现,GmILPA1基因主要在叶原基基部细胞表达,可能是通过促进细胞增殖及分化以控制叶枕形态。
相关研究结果于 2017 年发表在Plant Physiology[4]。
大豆是重要的油料作物,种子油脂含量是大豆最重要的品质性状之一。
驯化过程中的人工选择使大豆种子中油脂含量不断提高。
遗传发育所田志喜团队和中国科学院昆明动物研究所王文团队联合攻关,对 302 份代表性大豆种质进行了深度重测序和基因组分析,在驯化阶段鉴定出 121 个强选择信号,在品种改良阶段鉴定出 109 个强选择信号,进一步分析发现至少 96 个选择信号和油相关的性状有关,说明大豆产油性状受到强烈人工选择,形成复杂的网络系统共同调控油的代谢,从而引起了不同种质油相关性状的变异。
该研究还定位了一些重要农艺性状的分子模块,如控制花周期的E1,控制生长习性的Dt1,控制绒毛颜色的T等,为大豆重要农艺性状调控网络的研究奠定了重要基础。
相关研究 2015 年发表于Nature Biotechnology[5]。
此研究成果入选了2016年出版的《国家自然科学基金资助项目优秀成果选编(六)》。
遗传发育所张劲松和陈受宜团队通过转录组分析,构建了大豆籽粒油分的基因共表达网络,从中鉴定出油脂快速合成时期种子偏好表达的转录因子GmZF351,其编码串联 CCCH 锌指蛋白。
功能分析发现,过表达GmZF351能够显著提高转基因拟南芥和大豆种子的油脂含量。
群体遗传分析发现,GmZF351在驯化中受到人工选择,其单倍体型来自于野生大豆 III 型,与高基因表达量、启动子活性和油脂含量相关联。
该研究对提高大豆品质和价值具有重要意义,相关研究于 2017 年发表在Plant Physilogy[6]。
此外,通过“分子模块设计育种创新体系”先导专项,还定位了一批与开花期和分枝相关的分子模块,如QNE1、qFT12-1、TMS22等。
另外,还在豆科特异丢失基因、重要基因家族进化上取得了一些重要进展[7-13],探讨了它们在大豆驯化过程中的作用,为后续大豆分子模块挖掘和设计育种奠定了理论基础。
2.2大豆重要性状分子模块耦合效应不同复杂性状间的耦合是分子设计育种的关键科学问题。
产量、品质等性状大都是多基因控制的复杂性状,由于受到一因多效和遗传连锁累赘的影响,一些性状在不同材料和育种后代中协同变化,呈现出耦合性相关。
解析复杂性状间耦合的遗传调控网络,明确关键调控单元,对分子设计育种具有重要意义。
遗传发育所田志喜团队联合该所王国栋、朱保葛以及华盛顿州立大学张志武等多家团队对 809 份大豆栽培材料的 84 个产量和品质性状进行了连续多年多点的观测,发现不同性状间呈现不同程度的相关性。
进而,利用全基因组关联分析对 84 个性状的调控位点进行了系统的全基因组扫描,鉴定出 245 个显著性关联位点。