又到四月南繁收获季。三亚市崖州区南繁育种基地,和煦阳光下,挂满枝头的金黄豆荚闪烁着诱人的光芒。伴随着徐徐微风,成熟的豆荚碰撞出哗啦哗啦的响声,就似在诉说丰收的喜悦。
“大豆平均每荚粒数2.3粒,但采用大豆周年杂交快速育种平台繁育的大豆每个荚果均有4粒。”中国农业科学院国家南繁研究院大豆南繁育种技术创新团队首席韩天富介绍时的言语可看出这一喜悦。
4:2.3,足足多出七成多。大豆周年杂交快速育种技术平台与大豆平均荚粒之所以有这么鲜明的对比,关键在于大豆周年杂交快速育种技术平台的南繁南育结合,不仅培育出更加茁壮的大豆亲本植株,为后续大豆杂交制种工作创造有利条件。
韩天富在三亚繁育的大豆材料。记者 利声富 摄
通过光照调控大豆花期 构建周年杂交平台
4月14日,记者走进位于三亚市崖州区的中国农业科学院作物科学研究所海南试验站,只见连片种植的大豆植株,犹如绿色的海洋,一串串豆荚饱满、色泽翠绿的大豆挂满豆秆。
与采用传统露天、大棚种植方式不同,这里的大豆是种在一个个“单间”里,这就是韩天富带领创新团队研发的最新大豆工程化周年杂交快速育种平台。
面积约1600平米的育种平台,分隔成48个小区,共繁育2500多份大豆育种材料。“该平台主要的特点是模拟不同产区的光照条件,培育出更加茁壮的大豆亲本植株,为后续大豆杂交育种创造有利条件。”韩天富介绍,大豆杂交新品种需在亲本材料开花期授粉,但大豆的开花期却很短,且花粉难以运输保存,导致大豆传统育种方式效率低下。该平台的建立可达到调控大豆开花期的效果,从而构建了周年杂交的平台。
采访中,韩天富以黑龙江省北部地区大豆育种为例,介绍了该平台的优势。一般情况下,黑龙江大豆是7月上旬开花,7月下旬花就谢了,所以能做杂交的时间也就半个月。但在海南,利用大豆周年杂交快速育种技术平台,一年四季都可以做杂实验交。“杂交时间是大豆主产区的20倍,从而大大增加杂交组合数量。”对于该平台带来的变化,韩天富不吝赞美。
而且,在海南进行大豆南繁育种,采用传统育种方式,大豆长又矮又小。但利用三亚天然大温室和人工光照处理进行南繁育种,大豆亲本生长非常茁壮,不仅产生的豆荚也多,而且每荚粒数也很多。“在三亚,采用该平台进行大豆南繁育种,每个大豆荚果都有4粒种子,而大豆每荚粒数平均才2.3粒,可见在人工光控条件下,大豆生长有多好。”韩天富说。
在三亚天然温室条件下,通过光照控制调节大豆花期,构建周年杂交平台,可完善大豆花粉保存技术,促进异源“鹊桥相传”,拓宽品种遗传基础。为此,韩天富还带领团队建立起大豆花粉种质资源库,约10万份花粉材料,让团队进行大豆南繁育种不再为种源发愁。
破解高效育种技术瓶颈 实现一年四代育种
大豆常规育种从杂交组配到品种审定至少要经过10个世代,其中前5-6个世代主要进行杂合材料自交纯合,费时费力的过程严重制约了大豆性状改良的速度。因此,通过加快早期世代的自交繁殖速度来缩短育种周期,是大豆育种科研人员一直追求的目标。近年来,基于人工控制条件的作物快速育种策略受到各国育种家的重视。
韩天富与中国工程院外籍院士菲利克斯·达帕雷·达科拉交流大豆育种。记者 利声富 摄
日出而作,日落而息。在韩天富看来,光照影响着人类作息,在大豆生长发育中扮演着十分重要角色。对大豆光温反应特性和我国各地生态条件进行长期深入研究后,韩天富带领创新团队研发出大豆周年杂交快速育种技术平台。
谈及之所以带领团队研发这一平台,韩天富介绍,他们聚集破解大豆种质创制与高效育种的国际性技术瓶颈,构建了基于热带短日光温环境下的大豆工程化周年杂交育种技术体系,从而突破传统育种受生长季节、花粉时效性及地理适应性限制的行业难题。
从目前试验效果来看,通过光周期调控,突破了大豆亲本花期同步化瓶颈,并整合花粉低温保存和异地异季利用,实现大豆周年杂交。同时,创新自然开放条件下的异地快繁加代技术,缩短育种周期50%,大幅度降低光温控制成本。此外,构建的工程化育种体系,形成杂交组配至品种定制的大豆育种技术链条。
“南繁南育结合的大豆周年杂交快速育种技术平台,经过黄淮海夏季加代和三亚冬季南繁结合,可实现一年四代,缩短大豆育种周期。”韩天富介绍,该平台通过光周期智能调控与人工补光技术,实现大豆杂交母本“花多粉足”,其创新豆荚快速脱水技术,压缩种子成熟周期,实现年繁育代数从4代到5代跨越。
中国农业科学院国家南繁研究院大豆南繁育种技术创新团队博士后孙佰全介绍,该平台可让东北、黄淮和南方等三大主产区的品种在三亚都可以进行花期相育,全年都可进行杂交。该平台成为我国的周年杂交平台后,任何一个品种在三亚都可进行杂交,从而突破亲本限制,遗传基础非常广阔。
示范推广方面,目前,该平台在中国农业科学院作物科学研究所海南试验基地进行现场观摩、示范,并为相关单位提供花粉冷冻保存技术培训等。
建南繁南育结合新体系 培育更多大豆良种
海南得天独厚的气候和环境优势,在大豆育种方面蕴含着巨大潜力。大豆周年杂交快速育种技术平台的构建,可有效解决海南地区大豆杂交困难等问题,从而加快大豆育种进程,培育出更多高产优质的大豆新品种,为我国大豆产业发展注入强大动力。
“通过南繁南育结合、北测北推结合的新育种体系,形成覆盖种质创新、分子标记辅助选择、智慧选种的完整技术创新链。”韩天富介绍,他们将分子育种技术、人工智能技术应用到这一新的育种体系中,使大豆育种选择更有目标性,效率更高。
加快南繁硅谷建设,对全面推进种业振兴具有重要战略意义。“提升育种创新能力是解决种源‘卡脖子’难题、实现种源自主可控的关键,这其中南繁硅谷建设和作用不可或缺。”韩天富介绍,在北方,大豆种植只能一年种一季,而利用南繁的优势,大豆可达到一年种三季,大大加快育种速度。
据了解,目前,大豆周年杂交快速育种技术平台不只是我国大豆间的繁育平台,还引进多个世界不同产区的大豆品种进行繁育。既有俄罗斯的早熟品种,也有巴西的晚熟品种以及从东南亚国家、非洲引进的材料。
“目前长势良好,取得不错效果。”韩天富说,下一步,他继续带领团队,通过不断扩充大豆种质资源范围,探索大豆杂交组合,培育出适合不同产区的大豆良种。
为让这一创新平台在海南“开更多的花,结更多的果”,日前,韩天富带领团队到海垦南繁集团交流座谈,希望借助开拓院企合作共建育种平台新模式,借助高效化、标准化管理方式,推动大豆育种从传统的南繁向更具内涵的南育转变。
谈及我国大豆的未来,作为国家大豆产业技术体系首席的韩天富充满了信心。“目前,我国已初步形成中国特色大豆育种体系,大豆生产育种实现自主培育品种,大豆产量持续提高。”韩天富说,我国种业种质资源较为丰富、常规育种实力雄厚、育种体系不断完善、科企合作潜力巨大、种业开放势在必行等特点,是攥牢“中国种子”,端牢“中国饭碗”的底座。
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