科学通报 | 盖钧镒院士综述：大豆杂种优势利用的研究进展和展望

近日，南京农业大学盖钧镒院士，杨守萍教授团队在《科学通报》上总结了大豆杂种优势利用的研究进展并进行展望。

 

大豆是重要蛋白和油脂作物，我国近五年大豆进口量超 9100 万吨，对外依存度超 80%，提升单产是保障粮食安全的关键。杂种优势利用在水稻、玉米等作物中成效显著，大豆杂交种产量超亲优势率可达 15.6% 以上，高优势组合超 50%，显示出巨大潜力。

 

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遗传效应：主要包括超显性效应、部分显性效应及少量加性效应，国家大豆改良中心研究发现产量由 6 个主位点组控制，显性效应大于加性效应。

 

QTL 定位技术：

• • 单标记分析法：检测到 38 个产量相关位点，单个位点解释表型变异 11.95%~30.20%。
• • PLSRGA 与 HPQM：PLSRGA 鉴定出 28 个主效 QTL（138 个等位变异），贡献率 61.8%；HPQM 实现全基因组 QTL 高效检测，缩短计算时间，发现单株荚数和小区产量的杂种优势由超显性和加性位点共同决定。

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不育细胞质类型：

 

• • RN 型：来源于汝南天鹅蛋，育成不育系 300 多个，属配子体不育。
• • ZD 型：源自中豆 19，代表不育系 W931A，属配子体不育。
• • N8855 型：来源于湖北栽培大豆，育成 NJCMS1A 等，属孢子体不育。
• • N21566 型：花粉败育早于 N8855 型，属配子体不育。
• • N23661 型：细胞质与其他类型差异显著，不育类型待确定。

恢复系选育：

• • 鉴定标准：花粉萌发率 > 5%，需通过高温、短光照等环境评价。
• • 选育方法：传统杂交（弱恢 × 强恢）、分子标记辅助选择，如利用 GmPPR565 开发 dCAPS 标记。

分子机理：

• • 不育基因：orf178、orf261 等线粒体基因变异。
• • 恢复基因：GmPPR576（N8855 型）、GmPPR565（RN 型），位于第 16 号染色体，修复碳水化合物代谢等途径。

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突变体与基因：全球约 30 个 GMS 突变体，18 个位点定位，5 个基因克隆（如 GmMS1、GmMS3），编码驱动蛋白、PHD 转录因子等。

 

应用前景：用于轮回选择群体（如冀豆 19、冀豆 21），基于 GMS 的第三代杂种育种技术在水稻、玉米中已应用，大豆可通过基因编辑创制新型不育系。

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品种审定：

 

• • 截至 2024 年审定 46 个，平均增产 13%，13 个增产超 15%。
• • 代表品种：杂交豆 1 号（增产 21.9%）、阜杂交豆 1 号（增产 20.6%），14 个达高油标准（≥22%），2 个达高蛋白标准（≥45%）。

制种技术：

• • 昆虫传粉：主要昆虫为中华蜜蜂、意大利蜜蜂、切叶蜂，花期泌蜜量与异交率正相关，种植苜蓿等蜜源植物可增加昆虫数量。
• • 关键技术：不育系与恢复系按 2:1 种植，无露水环境下异交率可达 88.9%~100%，繁殖系数 1:30 以上。

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• • 不育细胞质单一：现有 RN 型、ZD 型等均为配子体不育，易受环境影响，需通过扩大种质测交发掘孢子体不育类型。
• • 高异交率不育系与强恢复系不足：需改良花泌蜜量、花朵颜色等性状，聚合多恢复基因（如 GmPPR576）提升恢复力。
• • 制种效率待提升：花期不遇时可通过保存花粉、改造花器官（柱头外露）解决，引入小粒不育系 / 雌性不育恢复系实现机械化分选。

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随着不育细胞质发掘、基因编辑技术应用及制种技术革新，大豆杂种优势利用将在提升单产、拓展盐碱地种植等方面发挥重要作用，有望产生显著经济社会效益。

 

 

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