传统大豆育种模式不仅育种周期长,且育种效率低下、突破性品种稀缺,已成为制约大豆产业高质量发展的瓶颈。该技术聚焦大豆智能设计育种技术研发,系统开展重要育种性状基因调控网络解析、精准育种技术构建及育种加速技术的研发,成功构建以全基因组遗传调控网络为基础的智能设计育种技术体系,实现了大豆育种从“经验驱动”向“智能设计”的跨越式转变。
1.全基因组智能选配技术。首创全基因组亲本智能耦合表型预测(WPICP)模型,开发5种基于人工智能的全基因组选择模型。基因型到表型的预测准确性较传统算法提升28.6~73.7%,可精准淘汰80~90%的低概率杂交组合。例如,在耐盐碱新品种“东生118”的培育中,以高油、高产、耐盐碱等目标性状,以2500个具有三种目标性状的优异单倍型为阈值,在杂交组合早期阶段淘汰90%以上的低概率杂交组合。
2.基因型分级选择技术。研发“中科豆芯”系列液相育种芯片,包含20659个SNP标记,其中85%位于基因编码区,较同类芯片占比高出42%以上。采用“低世代0.2K初选、中世代2K精选、高世代20K决选”的分级筛选模式,每世代可淘汰90%的低价值个体。在耐盐碱新品种“东生118”的培育中,通过三级筛选体系的逐步升级,精准鉴定并保留耐盐碱、油含量和产量关键基因,确保育种后代中优良基因型的稳定遗传。
3.高效绿色加代技术。研发大豆生长环境智能响应模型,集成矩阵排列光源和多通道温光水肥调控系统,建成“息壤”育种加速器,实现每年5代的快速繁育。配套精准栽培管理和病虫害绿色防控体系,确保加代过程中90%以上的成活率和结实率。“东生118”培育过程中利用该技术大幅缩短培育周期,为其早日进入生产应用提供了时间保障。
4.智能新品种培育技术。整合前述三大核心技术,通过模型筛选优质杂交组合、芯片精准鉴定基因型、加速器大幅缩短育种周期,聚合优良单倍型培育大豆新品种。同时,配套构建区域试验网络和数字化推广平台,为新品种培育与应用提供全流程技术支撑。“东生118”表现出良好盐碱抗性和高油高产性状:2023年在吉林省农安县530亩重度盐碱地,单产达到224.78公斤/亩,为对照品种的2.4倍;2025年在吉林省公主岭市扩繁1300亩,制种田亩产达334.07公斤。
1.大幅缩短育种周期,较传统育种缩短3~5年,加速优良品种迭代速度,有助于解决突破性品种培育滞后的产业痛点。
2.显著提升育种效率,整体效率提升4倍,节省人力物力投入80~90%,分子检测成本降低80%,大幅降低育种成本。
3.生态效益突出,育成品种每亩固氮8~12公斤,替代20—30公斤尿素,耐盐碱品种可提升土壤有机质12.3%。
1.须具备标准分子生物学实验室、人工气候室、育种考种室、育种鉴定试验田等基础设施。
2.可灵活适配试验田、示范田及大规模商业化种植田等不同场景,无严格规模限制,便于各级育种单位和种植主体推广应用。
3.开展基因分型检测需配备分子生物学相关设备,或与技术服务机构合作,且须具备4G/5G网络或局域网支撑;应用育种加速技术需配备可24小时调控光照、温度、水肥等环境条件的人工气候室;材料种植需配套灌溉设施及播种、收割等农业设备。
4.相关人员需经系统技术培训,熟练掌握全基因组选配模型操作、芯片检测数据分析等核心技术要点;育种相关人员需深入了解配套栽培技术规范,积极配合开展品种适应性种植与数据反馈工作,确保技术优势充分发挥。
来源：农业农村部智慧农业在行动专题，智慧农业博览会公众号
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