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大豆重要功能基因的克隆、高产优质新品种选育及区域丰产增效栽培技术研究

2017-04-01

大豆是重要的粮食和油料作物,是人类植物蛋白和脂肪的主要来源,大豆还是绿色、低碳作物,发展大豆生产对保证食品安全、保护农业生态环境和黑土地肥力、降低粮食生产成本、促进粮食生产可持续发展都具有非常重要的作用。开展大豆重要功能基因的克隆、分子育种技术创新、丰产增效栽培技术研究,创制高产、优质、抗逆大豆新种质,培育优质、高产大豆新品种,并配套高产高效栽培措施,进行示范推广,对我国大豆产业的发展将起到重要的推动作用。

以吉林农业大学王丕武教授为代表的科研团队从“九五”开始,一直致力于大豆重要功能基因的克隆、高产优质新品种选育及区域丰产增效栽培技术研究工作。在国家自然基金面上项目、国家863计划项目等支持下,在基础研究、大豆特异种质创制及新品种选育与示范等方面均取得了优异成绩。分离和克隆了大豆品质、抗逆相关功能基因,并构建了大豆高效表达载体,为我国大豆分子育种对目标性状的分子选择提供了技术基础。项目组创新大豆分子育种理论和技术,优化大豆遗传转化技术,创制大豆特异种质和育种新材料,获得优质、高产、抗逆大豆新种质129份,丰富了大豆育种材料,促进了大豆育种的发展。选育了 5个高产高油大豆新品种,品种在产量水平、含油量等方面具有优势,在吉林、辽宁、内蒙、黑龙江、重庆、宁夏等地推广应用,创造经济效益225 058.7万元;“丰产增效栽培技术”在吉林省长春、吉林、通化、延边州等地区示范与推广,增收6.92亿元。

该项目由吉林农业大学和吉林省农业科学院承担完成,主要完成人有王丕武、李海燕、闫晓艳、富健、王振民、张伟、张君、董园园、任军、曲静、王法微、邱强。项目获发明专利“一种改进的植物花粉管转化方法”(专利号“ ZL201210406418.3)等13项。项目成果获中国作物学会“2016年中国作物科技奖”。

一、主要研究内容

项目根据大豆产业的技术需求和发展方向,开展了大豆重要功能基因挖掘、分子育种技术和丰产增效栽培技术的研究。

1.分离和克隆大豆重要功能基因和调控基因,构建了表达载体,对基因功能进行验证,为大豆分子育种提供了选择依据。

2.开展了大豆育种技术创新,优化大豆遗传转化技术,提高了转化效率;把 RNA 干扰技术应用于大豆蛋白质改良,建立了大豆品质改良的新途径。

3.通过分子育种和常规育种技术进行大豆高产、优质、抗逆种质资源的创制;通过杂交聚合高产、优质、抗逆基因,培育高产、优质、抗逆大豆新品种并示范推广。

4.优化了大豆丰产品种高产群体构建技术与丰产增效水肥调控技术,以农机为载体进行了集成创新,建立了大豆丰产增效和全程机械化技术模式。

二、主要创新点

1.项目克隆和鉴定了大豆重要功能基因35个,其中新基因18个,已在NCBI上注册的基因10个;克隆并验证时空特异性表达启动子7个;构建大豆高效表达载体 26个。获发明专利10件;发表相关论文56篇,其中SCI收录12篇,累计影响因子30.671。

2.成功地应用 RNA 干扰技术改良大豆蛋白品质,优化了技术程序,建立了大豆品质快速改良的新途径;优化了大豆遗传转化技术,转化效率提高了1.79个百分比。获国家发明专利4项,发表相关论文13篇。

3.创制高产、优质、抗逆大豆新种质126个;培育高产、优质、抗逆大豆新品种5个。 

4.优化了大豆丰产品种高产群体构建技术与丰产增效水肥调控技术,以农机为载体进行集成创新,建立了大豆丰产增效和全程机械化技术模式。获发明专利2项,发表相关论文11篇。

 

三、应用推广情况

创制的高产、优质、抗病大豆新种质已被吉林省内外 7 家单位作为亲本应用于大豆育种,培育的优良品系已参加区域试验。 

创新的大豆分子育种技术大大提升了吉林省大豆育种水平,提高了大豆育种的效率。培育的5个新品种在吉林、辽宁、内蒙、黑龙江、重庆、宁夏等地累计推广 1 304.7万亩,增收大豆 20 631.9 万公斤,创造经济效益225 058.7万元。

建立的大豆丰产增效栽培技术在吉林省全面示范推广,应用 690.8万亩,增产大豆 17.39 万吨,增加效益 6.92 亿元。

项目完成单位简介

吉林农业大学是吉林省省属重点大学。学校设有15个学院,拥有7个博士后科研流动站、21个博士学位授权学科,现有国家级科研平台1个、国家部委级科研平台9个、省市级科研平台46个、国际合作平台1个、校企共建平台3个以及各种类型校内外实践教学基地373个。吉林农业大学现建有产学研基地3 000平方米、教研基地30公顷、南繁基地10公顷;拥有转基因植物中试与产业化基地(吉林)和国家粮食产业化工程“吉林省大豆区域技术创新中心”。实验室面积1 530平方米,仪器设备总值900万元,万元以上设备106台。

吉林省农业科学院是吉林省政府直属的以应用研究为主,兼顾应用基础研究和公益性科技工作的综合性农业科研机构。主要任务是围绕全省现代农业和农村经济发展需求,开展农业科技创新和技术推广,为全省“三农”服务,为吉林省现代农业发展和社会主义新农村建设提供科技支撑和引领。全院设有16个专业研究所、1个农业信息服务及技术推广机构(农业经济与信息服务中心)、1个农场和2个综合试验站。全院承建玉米国家工程实验室(长春)、大豆国家工程研究中心、国家植物转基因中试与产业化基地(吉林)等国家和省级科研平台58个,有国家现代农业产业技术体系科学家岗位13个、综合试验站10个。吉林省农科院总占地面积819.1公顷,总建筑面积近15万平方米,拥有万元以上仪器设备1 504台(件)。