心系大豆育種數(shù)十載
——記河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所研究員張孟臣

作為大豆遺傳育種家，張孟臣在大豆育種技術(shù)、種質(zhì)創(chuàng)新及新品種選育方面成績突出，創(chuàng)新了大豆育種方法，育成大豆品種22 個，推動和促進了大豆遺傳育種學(xué)科發(fā)展，為我國大豆育種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出重要貢獻。

創(chuàng)新育種思路與技術(shù)不斷突破大豆產(chǎn)量

為解決大豆品種抗逆性和適應(yīng)性差的問題，20世紀80年代，張孟臣提出在室內(nèi)鑒定指標選擇基礎(chǔ)上，實施不同生態(tài)地點交互鑒定選擇、穿梭選育。通過在春播和夏播條件下交叉選擇；田間旱澇交替選擇，人工接種與多點病區(qū)重復(fù)鑒定選擇；并在鹽區(qū)與旱區(qū)鑒定的異地選育與交叉鑒定，解決了品種抗逆性差、單一環(huán)境下選擇適應(yīng)性窄的問題，提高了品種抗逆性與適應(yīng)性。

張孟臣進一步提出與生態(tài)相結(jié)合的高產(chǎn)株型育種思路，創(chuàng)立“主莖型大群體”早熟育種路線，20世紀90年代育成以冀豆7號為代表的適宜密植的緊湊株型品種，實現(xiàn)了我國一年兩熟制夏大豆產(chǎn)區(qū)北部高產(chǎn)與早熟的統(tǒng)一，促進了夏大豆產(chǎn)區(qū)北移擴大。冀豆7號在90多天的生育期內(nèi)，創(chuàng)造了我國第一個大豆畝產(chǎn)突破300公斤高產(chǎn)紀錄；也是我國最早提出并實現(xiàn)高密度產(chǎn)量突破的高產(chǎn)典型；大面積推廣后河北省大豆產(chǎn)量大幅提高，全省單產(chǎn)由過去的七八十公斤提高到100公斤以上。冀豆7號成為唯一獲國家重大補助獎勵的大豆品種，并獲國家科技進步二等獎、河北省省長特別獎、杜邦科技創(chuàng)新獎等。

▲ 張孟臣（左二）與同事在田間探討

21世紀初育成以冀豆12為代表的短分枝型早熟高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種。冀豆12在優(yōu)異株型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，改善了大豆營養(yǎng)與生殖生長的競爭矛盾，不僅多次創(chuàng)造超300公斤高產(chǎn)典型，并且蛋白含量46.48%- 48.72%、優(yōu)異蛋白組分11S/7S值達3.99、水溶性蛋白含量高達40%（超34%國標一級6個百分點）為國內(nèi)外最高， 并抗大豆花葉病毒病等多種病害。品種育成后迅速成為黃淮海夏播區(qū)及西北春播區(qū)的主栽品種，其中河北省大面積推廣后大豆平均單產(chǎn)提升到130公斤（高于全國平均單產(chǎn)）。冀豆12審定推廣范圍覆蓋黃淮海夏大豆區(qū)和包括新疆在內(nèi)的西北春播區(qū)9個省市區(qū)，并在長江流域和西南山區(qū)大面積應(yīng)用。由于冀豆12成為江漢平原的主栽品種，2017被要求參加湖北省區(qū)域試驗，平均增產(chǎn)26.21%，為增產(chǎn)幅度最高的參試品種。冀豆12分別獲河北省科技進步一等獎、全國農(nóng)牧漁業(yè)豐收一等獎、中華農(nóng)業(yè)科技獎一等獎。

“十一五”以來，育成以上部尖葉、下部圓葉、莖稈韌性好、高度抗倒、稀植密植均高產(chǎn)的冀豆17為代表的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種，進一步改進了群體冠層結(jié)構(gòu)。冀豆17（含油量達到23.42%）為國家區(qū)域試驗唯一平均畝產(chǎn)穩(wěn)定突破250公斤品種（在2010-2011年連續(xù)兩年國家區(qū)域試驗和一年生產(chǎn)試驗中，年平均畝產(chǎn)分別為253.1、253.4和253.0公斤），并創(chuàng)造了連續(xù)多年大面積畝產(chǎn)300-350公斤生產(chǎn)典型，其中專家實收3.6畝348.5公斤高產(chǎn)紀錄和千畝方（專家實收32畝）平均畝產(chǎn)308公斤大面積高產(chǎn)典型。已通過3次不同區(qū)域國家審定和3次省級審定，連續(xù)被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列為黃淮海夏大豆區(qū)、西北春大豆區(qū)主導(dǎo)品種，成為國家區(qū)試產(chǎn)量最高、審定推廣區(qū)域最廣的大豆品種。

為實現(xiàn)品質(zhì)鑒定選擇從品系階段提早到分離世代與產(chǎn)量同步定向選擇，在相關(guān)性狀選擇與感官籽粒粗略選擇基礎(chǔ)上，張孟臣研究改進并創(chuàng)新了蛋白脂肪籽粒無破損快速檢測方法、大豆水溶性蛋白快速檢測分析技術(shù)與脂氧酶微量快速檢測技術(shù)。這些經(jīng)濟快捷的籽粒無破損（或微量）檢測技術(shù)的應(yīng)用，解決了大批量種質(zhì)資源快速檢測與育種材料繼代選擇問題，實現(xiàn)了自低世代與產(chǎn)量同步的品質(zhì)定向選擇。進一步通過創(chuàng)新分子標記遺傳背景選擇與目標性狀輔助育種方法，創(chuàng)造了以冀豆12為遺傳背景的400多個高蛋白染色體片段代換系，育成一批蛋白含量最50%、水溶性蛋白40%以上的高蛋白新品種（系），蛋白質(zhì)最高達到53.0%、水溶性蛋白達43.1%，引領(lǐng)了大豆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種。

張孟臣育成高蛋白品種7個、高油品種8個、無腥味品種4個。其中，高蛋白代表品種冀豆12已連續(xù)8年為全國種植面積最大的高蛋白大豆品種，也是第一個跨春、夏生態(tài)區(qū)審定推廣的高蛋白大豆品種，并連續(xù)13年為河北省和國家區(qū)試高產(chǎn)對照種，并獲得國家科技攻關(guān)重大成果一級優(yōu)異種質(zhì)獎勵。高油代表品種冀黃13含油量高達24.1%，為國家區(qū)試第一個畝產(chǎn)突破200公斤的高油大豆品種，獲得國家農(nóng)作物新品種一等后補助和河北省科技進步二等獎。隨后育成國家區(qū)試中唯一連續(xù)三年含油量穩(wěn)定超過23%的nf58等審定品種。無腥大豆代表品種五星1號為我國第一個脂氧酶雙缺失的國審品種，五星2號為國內(nèi)外油分含量最高的無腥大豆品種，五星3號為蛋白含量最高的脂氧酶缺失品種，五星4號為國內(nèi)外唯一的高蛋白脂肪氧化酶全缺失大豆品種，徹底解決了大豆加工脫腥難題，分別獲得河北省技術(shù)發(fā)明一等獎和科技進步一、二等獎。

創(chuàng)新種質(zhì)基因庫構(gòu)建解決大豆雜交困難問題

在與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位合作基礎(chǔ)上，利用ms1核不育基因構(gòu)建了含有151份種質(zhì)基礎(chǔ)的輪回選擇基礎(chǔ)群體，創(chuàng)新了群體構(gòu)建與輪回選擇育種技術(shù)，拓寬育種遺傳基礎(chǔ)的同時，解決大豆育種聚合雜交困難的問題，并首次輪回選擇成功高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)廣適應(yīng)品種冀豆19等，提供全國利用后選育出一批優(yōu)異新品種（系）。冀豆19獲河北省科技進步一等獎。

在蓋鈞鎰院士指導(dǎo)下，張孟臣組織全國27個省市區(qū)，選擇3300份優(yōu)良品種及種質(zhì)資源親本材料分別導(dǎo)入到輪回選擇基礎(chǔ)群體，建立遺傳基礎(chǔ)廣泛的全國基礎(chǔ)種質(zhì)基因庫群體。目前已將2637份種質(zhì)完成了24個省區(qū)級三次導(dǎo)入構(gòu)建計劃，3個省區(qū)級進行了兩次種質(zhì)導(dǎo)入，最終構(gòu)建覆蓋全國的田間開放型動態(tài)種質(zhì)基因庫群體，實現(xiàn)將大批量優(yōu)異種質(zhì)聚集到一個開放型自然互交群體，供全國大豆育種單位利用。

▲ 張孟臣在實驗室工作

搭建技術(shù)發(fā)展平臺推動區(qū)域研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

張孟臣在建成國家大豆改良中心石家莊分中心、國家黃淮海大豆轉(zhuǎn)基因中試與產(chǎn)業(yè)化基地、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海大豆生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室基礎(chǔ)上，組織了黃淮海地區(qū)10省（市）50多家單位參加的大豆聯(lián)合攻關(guān)，成立了區(qū)域大豆育種協(xié)作網(wǎng)，為區(qū)域大豆育種與產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了發(fā)展平臺。組織了每年的育種材料交換、穿梭育種，提出并建立了黃淮海大豆聯(lián)合鑒評體系（目前已在全國三大產(chǎn)區(qū)開展）。通過連續(xù)三年的優(yōu)秀品種聯(lián)合鑒評與示范，評價出冀豆17、齊黃34、鄭97196、冀豆12、菏豆12、皖豆28等在黃淮海地區(qū)廣泛適應(yīng)的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)品種，由原來的一省審定到跨省區(qū)的多省審定和國家審定。在此基礎(chǔ)上，與黃淮海區(qū)域?qū)＜夜餐贫ㄆ贩N區(qū)域布局并大力組織聯(lián)合示范推廣，通過連續(xù)9年每年70個點次累計1000多個品種（系）的新品種聯(lián)合鑒定評價試驗。

通過材料、技術(shù)、信息的交流和合作、穿梭育種，促進資源共享，提高了大豆育種效率，不斷選育和推廣高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、廣適大豆新品種。通過聯(lián)合鑒評與聯(lián)合示范，已連續(xù)六年黃淮海地區(qū)冀、魯、豫、皖、蘇等多地出現(xiàn)畝產(chǎn)超300公斤大面積高產(chǎn)典型和專家驗收記錄。加快了新品種推廣速度，為大豆生產(chǎn)提供優(yōu)良新品種，推動了黃淮海大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。