種子誕生記③：一粒大豆的創(chuàng)新力

一粒大豆的創(chuàng)新力

——種子誕生記③

張孟臣（左）在試驗田察看大豆生長情況。（資料片） 河北省農(nóng)林科學(xué)院供圖

每年冬春季，我國有大批農(nóng)業(yè)科研工作者進入南方特別是海南島南部，利用那里溫暖的氣候，從事農(nóng)作物品種選育、種子生產(chǎn)加代和種質(zhì)鑒定等工作，這被稱為“南繁”。

今年3月從海南三亞南繁回來后，在河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所的實驗室里，研究所大豆中心的成員一直在整理南繁帶回來的種子，為6月的大豆夏播季做準備。這其中，便有該研究所培育的冀豆12衍生品種及其后代材料。它們將在試驗田里繼續(xù)提純復(fù)壯或加代選擇，直至被培養(yǎng)成優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的種子品種。

近年來，市場對大豆品種的要求由單純高產(chǎn)發(fā)展到優(yōu)質(zhì)專用。河北省大豆優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)育種研究處于全國領(lǐng)先水平，以國內(nèi)外水溶性蛋白含量最高的冀豆12為代表的高蛋白系列大豆品種，蛋白質(zhì)含量超45%，堪稱其中的佼佼者。

15年培育，成就全國推廣面積最大的高蛋白品種

“稍等、稍等，我正在給農(nóng)戶分發(fā)夏播用的冀豆12種子，哎呀，不夠分的。”近日，記者將電話從石家莊打到湖北省京山市時，京山市屈家?guī)X管理區(qū)富悅農(nóng)資店負責(zé)人方佳苗正忙得不可開交。

此時，京山市所處的江漢平原，春播大豆已經(jīng)發(fā)芽出苗。這幾年，整個江漢平原的冀豆系列品種播種面積達到一二百萬畝。單單京山市永隆鎮(zhèn)就種下了約5萬畝冀豆12及系列衍生品種。大豆青苗連方成片，讓人喜不自勝。

跨越千里從華北平原調(diào)來種子，江漢平原青睞的就是冀豆12的高產(chǎn)、高蛋白。

大豆，是國內(nèi)外最大的植物蛋白來源。過去幾十年里，國產(chǎn)大豆不能完全滿足國內(nèi)需求，其中85%需要依靠進口。相比而言，我國大豆平均畝產(chǎn)也只有國外的三分之二左右。

“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、廣適”一直是省農(nóng)科院糧油所大豆中心的育種方向。中國人愛吃豆類食品，中心帶頭人張孟臣心中更有一個樸素的“豆腐夢”。

“一定要培育出適應(yīng)性強的大豆新品種，高產(chǎn)、高蛋白?！?986年，大學(xué)畢業(yè)僅四年的張孟臣開始了高蛋白大豆的培育之路。

明確育種方向后，張孟臣和團隊從上千個組合中，選擇了長江流域高蛋白夏大豆油83-14、山西抗旱耐瘠薄春大豆晉大7826，分別為母本和父本。他們期待兩者優(yōu)良特性的結(jié)合，能讓培育出的大豆種子適應(yīng)廣，并有高蛋白、抗旱耐瘠的特點。

親本的選擇只是第一步。農(nóng)作物育種，需要數(shù)個世代才能穩(wěn)定，再加上數(shù)代后續(xù)試驗才能培育成品種。許多作物在北方一年只能種植一代，為了縮短育種年限，到海南進行南繁加代成為張孟臣和團隊生活的一部分。

別人過春節(jié)往家奔，他們卻要往南走。

種地、除草、施肥；收獲、脫粒、晾曬。下雨后，地里灌水，還要用水桶一桶一桶把水提出去。張孟臣深知，多保住一株豆苗，大豆新品種就多一線希望。

冬去春回，歷經(jīng)六七代的南北往復(fù)，再經(jīng)過初級、高級產(chǎn)量試驗和區(qū)域試驗，啟動培育后的第15年——2001年，冀豆12迎來了國家審定。

“經(jīng)國家夏播和春播區(qū)域試驗，該品種表現(xiàn)出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和廣適應(yīng)特性，審定推廣范圍包括新疆在內(nèi)的西北春播區(qū)和黃淮海夏播區(qū)9個省市區(qū)，并在長江流域大面積應(yīng)用。大面積示范畝產(chǎn)250至300公斤，最高產(chǎn)量達321.5公斤，蛋白質(zhì)含量達46.48%，均超過我國超高產(chǎn)300公斤/畝和高蛋白45%兩項大豆育種攻關(guān)指標，實現(xiàn)了高蛋白與高產(chǎn)的統(tǒng)一，成為我國蛋白質(zhì)產(chǎn)量最高的大豆品種和全國唯一超過兩項國家攻關(guān)指標的大豆品種?！睖y產(chǎn)專家組給予冀豆12高度認可。

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計，“十二五”以來，冀豆12一直是全國推廣面積最大的高蛋白品種，2016年至2018年的種植面積占國審高蛋白品種種植總面積的53.9%。

多個創(chuàng)新，解決大豆蛋白質(zhì)與產(chǎn)量等性狀負相關(guān)問題

既要高產(chǎn)，又要高蛋白，是張孟臣和團隊的育種方向。但大豆有個“怪脾氣”：再好的種子，換個地方，產(chǎn)量就容易變少；產(chǎn)量上去了，蛋白質(zhì)含量又容易降低。

一開始，這就是一場扭轉(zhuǎn)“此消彼長”局面的博弈。

張孟臣和團隊要做的，就是解決蛋白質(zhì)與產(chǎn)量等性狀負相關(guān)的問題。

首先從解決大豆品種抗逆性和適應(yīng)性差入手。張孟臣提出，在室內(nèi)鑒定指標選擇基礎(chǔ)上，實施不同生態(tài)地點交互鑒定選擇、穿梭選育。

多個親本組合培育出的不同種子，同時在承德、石家莊、合肥三地播下。如果某一類種子在三地均有較好的生長表現(xiàn)，就有機會進入下一輪篩選。

種子播下了，主動權(quán)交給育種專家，他們要對種子實施考驗——春、夏播條件交叉選擇，田間旱澇交替選擇，人工接種與多點病區(qū)重復(fù)鑒定選擇；并在鹽區(qū)與旱區(qū)進行交叉鑒定，解決品種抗逆性差、單一環(huán)境下選擇適應(yīng)性窄的問題。

“簡單來說，就是種子怕什么，就拿什么考驗種子。”張孟臣解釋說。

越旱越要少澆水，越澇越要多澆水；大豆生長深受大豆花葉病危害，那就把種子播到病圃里……最終經(jīng)受住考驗的，才能成為優(yōu)中選優(yōu)的大豆品種。

對每一粒經(jīng)受重重考驗的種子，張孟臣都格外珍惜。

大豆是閉花授粉作物，在花瓣沒有自然打開前，育種專家要抓緊人工去除母本雄蕊，再將父本與之進行人工雜交授粉。精細程度比小麥、水稻雜交更難，雜交成功率不足50%。

但為做蛋白質(zhì)檢測認定，以往送到實驗室的種子都要研磨粉碎才能檢測，一旦粉碎就不能延續(xù)后代，這讓張孟臣心疼不已。

對于育種專家而言，田間之外，便是實驗室里的鉆研。

在相關(guān)性狀選擇與感官籽粒粗略選擇基礎(chǔ)上，張孟臣團隊研究改進并創(chuàng)新了蛋白脂肪籽粒無破損快速檢測方法、大豆水溶性蛋白快速檢測分析技術(shù)與脂氧酶微量快速檢測技術(shù)。這些經(jīng)濟快捷的檢測技術(shù)，解決了大批量種質(zhì)資源快速檢測與育種材料繼代選擇問題。

張孟臣把創(chuàng)新當(dāng)作育種的靈魂。選育過程中的多個創(chuàng)新，讓冀豆12成為全國第一個跨春、夏生態(tài)區(qū)審定推廣的高蛋白大豆品種，也為后續(xù)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)大豆的培育開辟了新路。

N種組合，拓寬育種遺傳基因基礎(chǔ)

“冀豆23蛋白含量超過45%，產(chǎn)量比冀豆12還高，這種子品質(zhì)不錯，我今年想試種一些?！?月上旬的一天，石家莊市藁城區(qū)和利家庭農(nóng)場負責(zé)人秦濤，抽空聯(lián)系了省農(nóng)科院糧油所大豆中心研究員邸銳，商量今年的種植計劃。

藁城區(qū)是國家級大豆科技自強示范縣。秦濤在這里種植冀豆12已有四五年，他打算今年再種上300畝的冀豆23。

冀豆23是冀豆12回交育成的衍生后代品種，也是省農(nóng)科院糧油所以冀豆12為親本培育的10個品種之一。

聚合了高產(chǎn)高蛋白基因的冀豆12，轉(zhuǎn)身就成了優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源。以冀豆12為親本，張孟臣團隊育成了一批適應(yīng)范圍更廣、產(chǎn)量更高的優(yōu)質(zhì)高蛋白品種和系列創(chuàng)新種質(zhì)，滿足市場需求。

豆腥味，讓有些人對大豆制品望而卻步。張孟臣團隊將脂氧酶缺失基因?qū)爰蕉?2，育成了國內(nèi)外第一個脂氧酶全缺失、高蛋白無腥大豆品種五星4號。

如果說種子是大豆的“芯片”，種質(zhì)資源則是“芯片”的“芯片”。

為解決大豆育種重復(fù)雜交困難與遺傳基礎(chǔ)狹窄的世界性難題，張孟臣利用大豆MS雄性核不育基因，創(chuàng)建了動態(tài)種質(zhì)基因庫基礎(chǔ)群體及其輪回選擇技術(shù)。通過多次導(dǎo)入，建立了以冀豆12為主遺傳背景的高蛋白大豆多基因聚合選擇群體；通過輪回選擇，育成了蛋白質(zhì)含量高達48.72%、區(qū)域試驗增產(chǎn)17.22%的冀豆1258等多個高蛋白品種。

省農(nóng)科院糧油所大豆中心正在聯(lián)合全國27個省市區(qū)，建立遺傳基礎(chǔ)廣泛的全國基礎(chǔ)種質(zhì)基因庫群體。選擇3000多份優(yōu)良品種及種質(zhì)資源親本材料，分別導(dǎo)入到輪回選擇基礎(chǔ)群體，最終建立遺傳基礎(chǔ)廣泛的全國基礎(chǔ)種質(zhì)基因庫群體，將大批量優(yōu)異種質(zhì)聚集到一個開放型自然互交群體，供全國大豆育種單位利用。

未來，一個又一個高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的大豆品種，將從這里孕育。（河北日報記者宋平）