種子是農業的“芯片”,“一粒種子可以改變一個世界,一項技術能夠創造一個奇跡。”習近平總書記高度重視種業問題,強調“要下決心把民族種業搞上去,抓緊培育具有自主知識產權的優良品種,從源頭上保障國家糧食安全”。當前,我國大豆供需矛盾十分突出,進口依賴度逐年加重。打贏大豆種業翻身仗,提升國產大豆產能,必須加快科技進步,實現大豆科技自立自強。
一、我國大豆種業發展歷程
新中國成立以來,我國大豆生產上實現了6次品種更替,支撐大豆平均畝產由1949年的40.8公斤提高到2020年的132.4公斤,單產提高了224.8%,大豆總產由509.2萬噸提高到1960萬噸。2020年,中國大豆播種面積達1.48億畝。目前,我國食用大豆完全自給,大豆自有品種市場占有率為100%。
(一)大豆種質資源收集保存和鑒定
我國是大豆起源國,擁有豐富的大豆種質資源。1956年以來,我國先后組織了3次全國范圍的大豆種質資源收集。目前,國家農作物種質資源庫中保存的大豆種質資源已有4.3萬份,包括野生大豆種質8518份、國外引進種質資源3265份。對1.7萬份的庫存資源進行了抗病蟲、抗逆和品質特性評價,篩選出一批優異種質,為大豆品種改良提供了優異親本。
(二)大豆基礎研究進展
“中黃13”等優異大豆品種深度重測序的完成,使我國在國際上率先構建了野生大豆和栽培大豆泛基因組,克隆和解析了控制大豆生育期、株型、產量、品質、抗病性、耐旱性、耐鹽性等性狀的關鍵基因,揭示了大豆生育期、結瘤、抗卵菌病害等重要性狀的分子調控網絡。
(三)大豆育種技術研發和品種選育
新中國成立初期,我國主要采用系統育種法選育大豆品種。20世紀60到70年代,開始建立雜交育種體系,培育出“東農4號”“黑河3號”“吉林3號”“文豐7號”等優良品種。改革開放后,大豆雜交育種技術全面普及,培育出“合豐25”“魯豆4號”“綏農14”“中黃13”“黑河43”等廣適高產品種。其中,由中國農業科學院選育的“中黃13”大豆品種累計推廣面積超1億畝,并獲國家科技進步一等獎。2007年,我國建立了現代農業產業技術體系,2008年啟動了轉基因生物新品種培育重大專項等科研項目,2014年開展了大豆育種重大科研聯合攻關。生物技術育種取得顯著進展,已有3個抗除草劑大豆轉化體獲得轉基因生物生產應用安全證書,基因編輯技術也開始在品種改良過程中得到應用。
(四)大豆種業企業發展
近十年來,我國大豆種業發展速度加快,全國經營大豆種子的企業有400余家,其中注冊資金在3000萬以上的有73家。隨著大豆種子生產經營市場化程度的不斷提高,種子企業也不斷發展壯大。
二、我國大豆種業科技的短板
過去十年,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。我國大豆單產與美國、巴西等大豆主產國相差80~100公斤,只有世界平均畝產的70%,種業支撐能力明顯不足。
(一)大豆育種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、育種技術和育種材料創新方面仍存在較大差距。我國大豆種質資源豐富,但資源深度鑒定評價和綜合開發利用水平不高,資源優勢還沒有轉化為基因優勢和產業優勢。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,基礎研究薄弱,原始創新能力不足,迫切需要在大豆育種過程中融合應用現代生物技術、大數據、智能化技術,提高大豆育種的效率和精準度。
(二)突破性高產穩產大豆新品種缺乏
目前,全國大豆平均畝產還在130公斤上下徘徊,與美國、巴西相比差距明顯。我國大豆育種技術、手段、設施落后,遺傳改良進度緩慢,品種遺傳基礎狹窄,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,導致大豆品種產量潛力與美洲主產國產生代差。
(三)大豆生物育種原創性成果偏少
在美洲大豆主產國,通過生物技術育成的大豆品種已全面普及。截至2019年,全球大豆轉基因田間試驗許可總數達到2915例,但我國所占比例不足10%。跨國種子企業培育出的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,而我國獲生物安全證書的轉基因大豆僅有3個,且均只轉單個基因,大豆生物技術創新與應用水平急需提高。
(四)現代化大豆種子企業發育滯后
大豆育種和種子經營效益與其他作物相比差距懸殊,企業自主研發投入的能力偏弱、積極性不高,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。全國注冊資金在1億元以上的“育繁推一體化”大豆種業企業僅2家,大豆種企在經營規模、經營績效、業務領域、管理模式以及種業研發和創新等方面,不僅與國際種業巨頭存在很大差距,而且落后于國內從事水稻、玉米等作物種子經營的企業。
三、打贏大豆種業翻身仗的對策
確保種源自主可控,需要面向國家戰略需求,堅持大豆種業科技自立自強,提升自我發展能力和市場競爭力。
(一)加強種業基礎性和前沿性研究
在基礎研究方面,要加強大豆重要性狀相關基因挖掘利用,特別是與高產、耐密、抗倒、宜機收等重要生產需求相關的理想株型性狀,與食品加工相關的品質性狀,與生物逆境及非生物逆境相關的抗逆性狀,以及與養分高效利用相關性狀的關鍵基因,開發功能標記,建立高效分子標記輔助選擇技術體系;在基礎性工作方面,要加快庫存種質資源的精準鑒定,篩選目標性狀突出的優異種質資源;在前沿技術攻關方面,組織精干力量,重點攻克規模化基因挖掘、全基因組選擇育種、快速定向育種、基因編輯、分子設計育種、雜交大豆制種等核心技術瓶頸。
(二)加大突破性新品種選育力度
針對不同生態區生產實際,選育適應新的生產方式和市場需求的突破性大豆新品種。其中,北方春大豆區要重點培育早熟、稈強、蛋白含量高、功能性成分豐富、耐旱、耐低溫、抗病蟲,適于大面積精準化栽培和機械收獲的新品種;黃淮海地區要培育株型緊湊、適于免耕栽培、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稈強、抗病蟲、耐酸鋁的大豆新品種,尤其是選育適于間套作和菜豆加工型大豆品種,滿足南方復合種植方式和多樣化市場需求。加快抗除草劑大豆等生物育種新品種生產應用進程,推動大豆生產方式轉變和產量效益提升。
(三)健全大豆良種繁育技術體系
在不同生態區,建設標準化、精準化、規模化的新品種測試網絡,提高大豆新品種篩選鑒定能力;開展大豆規模化良種繁育技術、種子加工與質量控制技術研究,提高種子質量和種子生產效率,確保生產用種質量和供給安全。
(四)建立科企結合的種業科技創新體系
加強種子企業與科研單位、高等院校等公益性育種單位的聯合,完善利益分享機制,推動資源共享,提升種業研發能力和管理水平,加快商業化育種進程,逐步實現種業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鑒定與創新、育種方法與技術研究、新基因挖掘等育種基礎性研究為主的新模式,進而建立以企業自主創新育種與公益性科研育種相結合的種業技術體系。(作者系中國農業科學院作物科學研究所研究員)