大豆常规育种与分子育种方法分析*

李江涛，郭海悦，于会勇

（濮阳市农林科学院，河南 濮阳 457000）

大豆为粮油饲兼用作物，含有丰富营养物质，是植物蛋白和脂肪的重要来源，也是我国进口量最多的农产品[1]。随着经济发展，国内大豆需求量逐年增加，大豆供需矛盾突出。据相关数据显示，2021 年我国大豆产量为1 640 万t，大豆进口量高达9 651.8 万t[2]，约占世界大豆贸易量的75%[3]。目前，我国优质、高产、多抗大豆品种短缺，因此为加强粮食自主可控，降低对进口大豆依赖，选育具有优良性状的大豆品种，实施“扩大豆，提产能”成为保障国家粮食安全的重要途径。本文对大豆常规育种及分子育种方法进行分析总结，以期为高产优质大豆选育提供理论指导。

1 大豆育种方法

大豆育种方法主要有引种、系统育种、杂交育种、辐射诱变育种、轮回选择和分子育种等[4]。目前，国内各地市级科研单位主要采用杂交育种，省级科研院所则采用杂交育种和分子育种。在育种年限上，常规育种条件下选育一个大豆新品种，从组合选配至出圃鉴定约为5 年；参加预试验、区域试验和生产试验约为5 年，因此选育一个大豆品种约需10 年。生产上，育种单位为缩短大豆育种年限，普遍采用南繁加代方式，即夏季在当地种植，冬季在海南种植，1 年收获2 代材料。此外，还可选择在当地温室进行加代，利用温室调节光照、温度等生长条件，满足大豆生长，实现1年种植2 代甚至多代材料[5]。

1.1 常规育种

常规育种主要有自然变异选择、杂交育种、回交育种、群体改良和轮回选择。主要方法为筛选或引进优良基因材料，选择优良性状材料进行分析鉴定，筛选优良品系参加试验。通过每年繁殖与鉴定选择，筛选优异变异材料。其通过加强田间管理、保持肥水条件一致等措施减少试验误差。目前，常规育种是生产上应用较为普遍和有效的育种方式之一，其以优质、高产、抗病、抗逆为育种目标，通过长达10 年的后代选择，选育出符合育种目标的大豆品种。

杂交育种是常规育种方法中应用较为广泛的育种技术。据统计，近20 年经国家农作物品种审定委员会审定的141 个大豆品种中，131 个品种为杂交育种选育，占比为92.9%[4]。该技术以孟德尔遗传定律和杂种优势理论为指导，根据育种目标选择合适亲本，叠加双亲优异性状，后代产生基因重组，性状分离，通过几个世代材料选择，选育出稳定的高产优质大豆品种。杂交育种方法主要有系谱法和混合法，其主要区别为是否在早世代进行单株选择。其中系谱法在杂种第1 次分离世代时即按照育种目标进行后代单株选择，而混合法在第4 代才开始进行单株选择。由于系谱法在早代易丢失优良性状，目前生产上主要采用混合选择法，其可保留大量变异株系，利于选出优良品系。

1.2 分子育种

分子育种主要方法有分子标记辅助选择、转基因和分子设计育种等[6]。分子标记辅助选择主要是利用与目标性状基因紧密连锁的分子标记，通过检测该分子标记来确定目标基因的存在，达到选择目标性状目的。该方法是植物改良过程中的一种辅助选择手段，其技术手段主要有分子杂交、PCR、DNA 芯片和电泳核型技术等[6]。分子设计育种是根据育种目标，利用分子生物学和基因组等相关技术，选择合适基因，设计相关方案[7]。转基因育种是利用现代生物学技术，通过添加或减少1 个或多个基因改良植物某一相关性状，使该性状能够稳定遗传，达到作物改良目的[8]。大豆转基因主要通过基因枪法和农杆菌介导法在子叶节和胚轴进行遗传转化。

目前，国外抗除草剂、抗虫大豆已广泛商业化种植。国内抗除草剂转基因大豆主要有中黄6106 和DBN9004，已于2020 年获得转基因大豆生产安全证书。还有一些如抗虫、抗除草剂、品质改良转基因新品种已处于获准进入环境释放和生产试验阶段。

在抗除草剂转基因作物中占据主导地位的为抗草甘膦转基因大豆。抗草甘膦基因是从土壤农杆菌菌株CP4 中分离得到的CP4-EPSPS 基因，并于20 世纪90 年代在插入植物基因组中成功表达[9]。转基因大豆抗虫基因主要采用Bt 基因。Bt 基因是在苏云金芽孢杆菌中发现的，主要用于棉花和玉米，可减少农药使用。目前，来源于Bt 菌株的cry1Ac、cry2Ab2、cry1A.105 抗虫基因已成功转入大豆[10]。

与非转基因大豆相较，转基因抗虫大豆对草地螟等鳞翅目害虫有较高抗性，其化学农药施用量较小[11-15]。耐草甘膦转基因大豆田喷施草甘膦后的杂草防除效果显著高于常规化学除草[16-17]。因此，种植转基因抗虫、抗除草剂大豆可高效、经济地控制虫害和草害，提高大豆产量，降低农药使用量。随着国内分子育种技术的快速发展，相关生物育种平台相继成立投入使用，取得了一定研究成果，但与国外先进技术相较仍有差距，如在抗除草剂、抗虫大豆商业化应用及多个团队在多个试验方向的模块化操作上还需深入研究[18]。

随着分子育种技术的快速发展，抗除草剂和抗虫大豆的广泛应用，针对转基因育种的生物安全性备受争议。CRISPR/Cas9 技术可准确识别目标基因，且在基因编辑过程中不引入外来基因，因此，在美国通过该技术编辑的植物已被定义为非转基因植物。目前该技术已在水稻、玉米、大豆等多种重要作物上应用[19-20]。该转基因分子技术的应用将加速大豆育种进程。

1.3 常规育种与分子育种相结合

常规育种周期长、育种效率低，具有随机性和不确定性，早代选择易丢失优良基因。随着生物技术和分子生物学发展，可靶向植物遗传变化、整合优良基因、打破物种界限的分子育种开始出现[21]，并广泛应用于多种作物育种实践。分子育种具有周期短，育种选择效率高等优点，可定向设计相关基因，实现优良基因快速整合。生产上分子育种需通过常规育种方法在大田生产中进行检验，因此通过两者结合选择优质、高产、抗病新品种成为大豆育种的有效途径。两者结合优势为：（1）拓宽大豆优异基因来源，可从野生大豆材料或其他物种获取。（2）通过对基因功能深入研究，对育成品种进行改良，使其更符合生产和市场需要。（3）分子育种中的分子标记辅助选择通过筛选表型和基因型一致品系，可缩短育种年限。

2 大豆后代选择

大豆后代选择上，可根据育种目标在产量、蛋白质、含油量和抗逆性等方面对育种材料进行有针对性的选择，还可结合分子标记辅助选择，选择基因型和表型一致材料，加快对后代材料筛选。

育种实践上，对早代材料一般采用目测选择优势单株；对高代材料则通过田间目测初选，结合产量及室内考种数据决选优良株系、品系后，进一步参加育种单位内部设计的比较试验。其中优良品系还需参加省级比较试验、区域试验和生产试验，各项指标符合审定要求的品种通过省级品种审定委员会审定。参加国家审定品种同样需要经过比较试验、区域试验及生产试验，符合审定要求的品种通过国家品种审定委员会审定。

目测选择应围绕育种目标，针对特定材料灵活应用。田间目测选择应以抗病、抗倒、高产或优质高产为育种目标，淘汰不良后代，集中对优良株系、品系或组合进行目测评分、田间测产和室内考种[22]。

3 展望

常规育种与分子育种相辅相成，常规育种是基础，是育种家常采用的成熟育种方式。其以优质、高产、抗病为育种目标，利用基因重组，性状分离，经过多个世代种植，选择稳定表达的株系作为品种，但其育种周期长，后期工作量大。由于作物本身缺少抗除草剂、抗病虫害相关基因，因此常规育种条件下难以选育出抗除草剂、抗病虫害品种，选育品种多为单一性状优异品种。分子育种的出现打破了物种间壁垒、使常规育种时间缩短、育种效率提高、生产成本降低，进一步丰富了大豆遗传资源。其弥补了常规育种选育缺少抗除草剂、抗病虫害及其他复合性状基因的不足，选育出更多具有特异性和复合性状的大豆品种满足生产需求。未来我国大豆种业技术将迎来高速发展阶段，常规育种与分子育种紧密结合，辅以后代选择技术将使育种效率提高，优质、高产、广适、抗病品种育成率提升，进口大豆依存度降低。