华南农大百年老校大豆种子“芯片”揭秘

中国农村网2021-01-15 18:36:51

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蛋白质是生命的物质基础,是组成人体一切细胞、组织的重要成份,没有蛋白质就没有生命。中国人的蛋白质源与大豆密不可分。 大豆起源于中国,有着 5000 多年的种植和食用历史。据统计,大...

  蛋白质是生命的物质基础,是组成人体一切细胞、组织的重要成份,没有蛋白质就没有生命。中国人的蛋白质源与大豆密不可分。

  大豆起源于中国,有着 5000 多年的种植和食用历史。据统计,大豆通过食物链传递供应了人类 70%左右的蛋白,而且我国 55%左右的食用油是大豆油,大豆对中国餐桌意义之深远可见一斑。

  中国有大量的野生和栽培大豆种质资源,蕴含着丰富的遗传变异和基因资源,具有无穷的挖掘潜力。

  然而,我国大豆产量一直停滞不前,平均产量仅 2 吨/公顷,远远落后于大豆主产国, 育种投入少和知识产权保护不足是大豆种业落后的最主要原因。

  相反,美国、巴西、阿根廷利用来源于中国的大豆种质资源,配以先进技术连年攻关研发,直接促成了本国及整个美洲大豆面积快速增长、大豆产量不断提升,上个世纪末这些大豆主产国的平均产量已经达到 3.3 吨/公顷。

  今天,中国每年需要约 1 亿吨大豆,其中自给率不到 15%,大豆种子“芯片”的保护与开发利用亟待加强。

  2020 年 9 月 22 日,广东“世界大豆加工厂”产业技术交易大会召开,疫情和贸易博弈带来的大豆市场波动,让广东 25 年前开始布局的“南方大豆”被世人重新审视。

  中国大豆在华南区构建了什么样的“备胎”?这个南方大豆“芯片”25 年前如何设计发端?故事的主人翁又是谁?“北豆南移”能否成为中国大豆的新布局?

  故事要从严小龙说起。

  大豆“袁隆平”

  严小龙,中国恢复高考后的首批大学生,入校时年仅 17 岁。因成绩优异,本科毕业后他被国家公派去美国攻读硕士、博士学位,也是七七级大学生中首批公派出国的留学生。

  如今,他已是华南农业大学教授、长江学者,中国植物营养学科的开创者之一,在科研界素有大豆“袁隆平”盛誉。

  1992 年,在中美大豆“博弈”初现端倪的关口,严小龙怀着强烈的民族情感,放弃国外优厚的条件待遇,毅然回国,并决然择定了大豆作为毕生攻关研究方向,目的就是为中国大豆在南方建立起一个“备胎”资源库、技术中心,让一个泱泱大国不用 80%大豆靠进口,为中国的蛋白工程构建起南方“备胎” 阵地!

  在当时,多少人梦寐以求到西方发达国家特别是美国去留学深造,然后拿到文凭,再拿到绿卡,严小龙的“逆行” 归来,不但成为全校一条“爆炸性”新闻,而且引起了当时国家农业部、广东省政府、科研界很多人的关注,这也为“南方大豆”种子“芯片”研发埋下了伏笔。

  1994 年底,有多年大豆研究经验的年海在东北农业大学获得博士学位,在华南农业大学老校长卢永根院士和副校长骆世明教授的支持下来华南农业大学博士后工作站工作。

  在两位校领导的支持下,严小龙与年海两个相差两岁的战友紧密得走到了一起,带领几个年轻的博士、硕士正式组建起了南方大豆课题组(以下简称“课题组”)。

  当时,我国大豆平均产量仅为 1.5 吨/公顷左右,南方大豆产量更低,一些地区产量不到 1 吨/公顷。而类似于中国华南区、同样处于酸性红壤土地的巴西已经达到 2.5 吨/公顷左右,大豆品种改良的潜力非常大。

  从 1995 年开始,课题组从无品种、无基地、无经费的三无境况,艰难起步,首先启动了南方地区优势种质资源的收集和评价工作。

  1998 年,意识到巴西大豆的快速发展与“种子”有极大关系,农业部派华南农业大学时任校长骆世明教授和年海教授等专家到巴西现场考察, 巴西农业科学院大豆研究所热情接待了课题组,并提供了 14份非转基因的大豆新品种。之后,农业部为课题组提供了 948 重大项目支持开展南方大豆科研工作。年海教授还获得了国家自然科学基金项目的支持。

  课题组利用引进新的地理远缘的巴西高产耐酸铝低磷品种,与华南当地高蛋白早熟品种桂早 1 号杂交,选育出了一批综合性状好,高产优质的大豆品系,并在全国农业技术推广服务中心的支持下,建立起了热带亚热带国家大豆区域试验体系。

  物竞天择

  在中国 5000 年的自然选择中,纬度较低的华南区域,因为高温高湿等原因,自然选择产生了很多“高蛋白”特性的地方“土著”大豆品种,这对以蛋白利用为主的腐竹、酱油、豆干等豆制品加工提供了非常优质的原料, 也衍生出了丰富多彩的豆制品(食品)品类。

  蛋白是生命之源。为了解决第三世界的蛋白供应,国际上很多公益团体组织对大豆蛋白给予了高度关注。中国南方大豆的“高蛋白” 群体特性引起了他们的极大兴趣。

  2002 年,美国麦克奈特基金会选中了南方大豆项目,并连续进行了 2 期共 160 万美金的公益支持。这个时期,课题组进入了快速发展时期。在国内外的影响力也日益高涨。同时,严小龙教授获得了 973 和863、国家杰出青年基金等项目的支持,被评为长江学者。

  2005 年,课题组第一批新品种完成国家区域试验。

  2006 年开始,课题组开始进入首个“高产”期,5 个新品种通过了国家审定,其中 4 个为第一育成单位,打破了一次一单位国审大豆新品种的审定记录,也填补了我国热带亚热带地区大豆品种的空白。

  2007 年,严小龙教授和年海教授同时被聘为国家现代农业产业技术体系岗位科学家。严小龙教授负责植物营养,年海作为执行专家组成员负责热带亚热带地区大豆育种。一个课题组同时拥有两位国家岗位专家。

  晴天霹雳

  师从国际上现代植物营养学“鼻祖” 爱泼斯坦、国内著名遗传育种专家卢永根,加上自己的勤勉和刻苦,严小龙教授开拓出植物营养学和作物遗传学两大学科交叉的新领域,在科研界的名声日隆。

  他不仅会讲流利的英语、西班牙语,而且能快速阅读外文文献。他每天坚持把全世界与大豆有关的最新研究了然于胸,再传授给课题组全部人员。华南农业大学的师生都熟知,学校的根系生物学中心是知名的“长明灯”实验室,每天深夜有严小龙教授忙碌的身影。

  除了伏案工作, 严小龙经常奔波在田野乡间和美洲、非洲、亚洲的大豆科研机构。据弟子们透露,为节省时间,“面包 可乐”是严教授的标配,也偶尔会与弟子们一起定几块钱的快餐胡乱填饱肚子。

  由于长期劳顿、过度透支,严小龙教授突发肠癌,救治无效,于 2008 年 8 月 9 日与世长辞,享年只有 48 岁。

  他的去世,震惊了国内外育种界,也给中国大豆研究带来了无可挽回的损失。

  在学校支持下,年海教授扛起南方大豆研究与开发的大旗,并根据严小龙教授生前的叮嘱,调整了科研体系。

  整装再发

  就在这关键转折点上,华南农业大学给予了课题组强大的支撑力量。

  一方面优化力量,支持严小龙的助手廖红教授牵头继续沿承植物营养遗传学研究;另一方面叠加要素,重点支持年海教授加快南方大豆科技成果孵化转化的步伐。

  为了强化科技推广与转化力度,华南农业大学党委时任副书记胡浩民亲自挂帅,年海教授、严小龙教授已毕业的博士生刘玉涛及一批在读博士、硕士组成了专业队,专门从事南方大豆新品种和技术孵化转化。

  亩产 350-400 斤(当地品种平均亩产 160-210 斤)、蛋白含量高达 44-46%(当地品种平均 39-42%)、油分含量与组分略高于地方品种。

  ——这些优良的表现,让常年种豆的百姓信服,大豆种植和豆制品加工、商流企业很快跟风而上,围绕南方大豆快速构建起了产业闭环。

  产业扶贫的推开,也让南方大豆推广走上了快车道。

  南方大豆项目成本低、见效快、链条延伸易等,非常适合产业扶贫。

  2008-2009 年,课题组成员刘玉涛博士被广东省委组织部选派到梅州市 蕉岭县三圳镇顺岭村挂职扶贫。刘玉涛发挥客家地区豆制品文化底蕴深厚的优势,从与当地百姓开展种植大豆比赛开始,积极为当地豆制品企业提供高蛋白新品种原料, 同时发挥自己的专业优势,为传统豆制品工艺改良和新型食品研发提供支持。

  短短两年时间内,南方大豆项目从顺岭村扩展到了整个梅州市 8 个县近 70 多个乡镇。不但引起了当地政府社会的广泛关注,而且香港特区政府、一些社会公益组织也主动联系梅州市作为香港大豆、豆制品的原材料直供基地。南方大豆在香港有机种植示范,产生了很好影响,香港中文大学、香港理工大学、香港有机认证中心等机构也陆续加盟合作。

  南方大豆项目在梅州的成功,引起了省妇联高度关注,把它选作留守妇女居家从业创业的优质项目在全省全面铺开推广。

  期间,中国移动加盟构建“大豆通”助力技术传播,正大集团卜蜂莲花加盟在全国建立南方大豆和豆制品的直供销售体系,全省扶贫派驻单位加盟配合项目推广落地,好一派热闹景象。

  2010 年 9 月 16 日,南方大豆项目作为粤港合作的首个农业项目成功签约。据统计, 截至 2020 年底,南方大豆项目已扩展到广东省 21 地市 100 余个县(市、区),并辐射延伸在南方五省推广,累计推广 26 个品种超 860 万亩,涉及生产和加工企业(合作社、家庭农场)410 余家,新研发大豆月饼、豆酱、豆酸奶等新型食品 13 类 52 种,而且在广东梅州、云浮、阳江阳春,以及湖南新田、广西等地都获得了当地科技进步奖。

  保守估计,该项目可带来直接经济效益 192 亿元。

  牛刀小试

  大豆生产与贸易是个老话题,主要分为“饲料大豆加工”和“食品大豆加工”两大体系。广东虽然不是大豆生产大省,但却是大豆加工大省。在饲料加工和食品加工这两方面,广东省都稳居全国第一, 两者相加每年稳控 2500 万吨,占全国大豆消费总量的 1/4。

  这个超级市场大“砝码”,不但绝对影响着中国大豆产业和科技的发展布局,而且也有资格直接博弈世界大豆交易市场。

  仅“食品大豆加工”而言,广东食品大豆加工规模很大,纯利润稳居全国第一,仅“酱油”一个单品产量就占全国 1/3,市值远超 1 万亿元。广东广府、客家、潮汕三大文化体系中豆制品文化都浓墨重彩,不单是餐桌上的佳肴,更演绎成为了“祭祀祖先”、“家人团聚”、“庆丰收”、“度佳节”的必备圣品和文化传承。

  年海教授介绍,当前巴西已经在全球大豆生产供应中稳坐“头把交椅”,他们国家大豆的主产区非常类似于中国的华南区,纬度、酸性土壤、光热等先决条件都极其相近。

  近些年,巴西大豆快速成长成功的模式值得中国借鉴,一方面就是高产优质品种的选育与推广,另一方面就是国际化跨国公司从种到加工的全链的投入,带动了大豆种业和整个产业的快速发展。

  中国“华南区”完全可能复制巴西模式。

  广东不是大豆主产区,但这超级大市场完全可以撬动整个华南及热带亚热带地区“酸性土壤”大区超 2 亿亩土地(包括间作套种土地)的跨域科技互通、产销合作、长效共赢。

  在广东省转化落地的同时,课题组又参加了傅廷栋院士主持的“提高复种指数增加粮油播种面积与保护农田生态环境的技术研究与示范”项目—华南大豆与甘蔗等作物间套作配套技术研究与示范。

  在全国农业技术推广服务中心的支持下,课题组开始在湖南、广西、福建、海南、四川(部分区域)、贵州等地开展大跨域、小试点技术集成推广合作,陆续构建起了100 余个繁育、生产、加工类合作基地超 17 万亩,延伸辐射带动周边 220 万亩大豆基地,其中湖南永州、四川简阳和南充、广西河池及都安等地已经发展成为区域性品种繁育中心和技术推广中心。

  这些地方推广生产的南方大豆根据广东市场的分类标准进行分级后源源不断供应“豆蛋白”加工类企业,已构建起日臻完善的产销闭环体系。

  阳江“扬帆”、深圳“百家鲜”、佛山“豆世界”、珠海“微豆”、惠州“客家婆”、河源“豆本营”、广州“华大生物”、山东“圣丰种业”、黑龙江“九三农垦”等一大批品牌(企业)常年与课题组密切合作,联合进行技术攻关并建立了多个原料生产基地,产业链的品牌效应凸显,多数已经成长为广东省乃至全国的大品牌。

  广东百家鲜食品科技有限公司董事长唐周城透露,随着战线拉长,“百家鲜”已经在四川等地直接建立大豆基地的酱料加工厂,“十四五”期间还将在华南区布局更多的直营厂和加盟体系,以期与广东省内的加工厂、大市场遥相呼应、互相支撑。

  据农业农村部统计,广东和福建二省大豆平均产量达到了每公顷 2.6 吨,明显高于大豆主产区的每公顷2.0吨。在湖南新田的华春 6 号平均每公顷达到了 3 吨,而且品质好、供不应求,收购价格高出北方大豆一倍。

  目前,南方大豆全链技术集成初现成效。

  2008-2013 年间,“南方大豆间套作栽培技术”一直为农业部的农业主推技术,其中大豆与甘蔗、木薯间作技术已在南方多省推广。

  2009 年, 国家大豆改良中心广东分中心立项建设。

  2012 年农业部将“西南华南间套作食用大豆生产区”列为我国大豆三大优势产区之一 ,对发展我国南方热带亚热带大豆科研和生产具有重要意义。

  厚积薄发

  据统计,自 2006 年始,课题组作为第一育成者审定了 14 个国审品种和 12 个省审品种。

  6 个大豆新品种先后被列为广东省主导品种,华夏 3 号和华春 6 号被列入农业部主导品种。此外,还有 3 个品种在非洲莫桑比克审定。

  作为标志性成果,华夏 3 号区域试验亩产高产记录达到 305.9 公斤(4.5 吨/公顷),作为对照种也创造了 308 公斤的记录。该品种耐低磷、籽粒低镉积累,综合性状好,在高产、优质、耐酸铝低磷土壤方面达到了国际先进水平。华夏 3 号在莫桑比克审定和大面积推广,在当地创造了每公顷产量 5.2 吨的记录。

  这些新品种的推广,使华南大豆品种整体水平达到了国内先进水平,大豆产量大幅提高。

  在过去的 25 年,课题组还积累了大量的种质资源和研究材料, 为进一步研发和利用奠定了基础,也催生了累累硕果。

  目前, 课题组的研究方向也已扩展为分子育种、根际微生物、营养组学、基因组学、蛋白组学等几大板块,与 1995 年相比已不可同日而语。

  2012 年,年海教授主持的“高产抗逆大豆新品种选育及间套作高效栽培技术推广应用”获得广东省农业科技推广一等奖。

  2014 年,又获得了广东省科学技术奖一等奖。年海教授还先后获得了广东省第十三届丁颖科技奖和国务院政府特殊津贴。

  课题组一直以大豆对酸性土壤的适应性作为主要研究方向,实现了严小龙教授的营养遗传性状的学术理念,筛选出适应性好的资源,育成耐酸铝和低磷土壤的营养高效大豆新品种。同时,加大了大豆耐酸性土壤的生理机制、遗传机制及与根系微生物的互作研究。

  近些年,课题组还系统研究了异黄酮性状,筛选了 1000 多份栽培和野生大豆,成功发现了控制异黄酮的主效基因位点,并且在国内外知名杂志 Molecular Plant、TAG、BMC Genomics、Plant and Soil 等上发表相关论文 60 多篇,实现了一手出品种一手出论文的目标。

  中国大豆“北豆南移”前景可期。

  大豆是短日照植物,对光周期非常敏感,所以一直以来,中国的大豆主产地在北方。

  如何发挥华南区光、热、水等环境资源优势,实现“北豆南移”?

  这个源于严小龙教授的科研选题,经过年海教授、廖红教授、杨存义教授,一直到王应祥研究员、田江教授、马启彬副教授、程艳波副研究员等的代代接力攻关下,2017 年课题组终于成功定位、验证、克隆了巴西热带大豆的关键基因“长童期”J 基因。

  团队在 J 突变背景下,利用化学诱变,获得一个新的突变体 eoj57 能够适应更低纬度种植,25 年磨一剑终于取得了关键性大进步,这让“北豆南移”的梦想成为可能!

  这也正是严小龙教授当年梦寐以求的“让一个泱泱大国不用 80%大豆靠进口”的宏愿!该研究成果还入选“2017 中国农业科学重大进展”。

  针对大豆资源的多个性状,如抗病性、抗逆性、品质性状等,课题组进行了大规模筛选和利用研究,发现了 400 多份宝贵的资源并精细定位了多个相关基因位点,并育成了 1000 多个具有特异性状的新材料,为进一步研究和利用奠定了基础。

  铁打的营盘流水的兵。

  1995 年至今, 课题组廖红教授,被评为长江学者,当选为中国共产党十九大党代表。后来留校工作的资环学院副院长、国家青年长江学者田江教授,复旦大学博导、国家杰青获得者王应祥研究员,东北农业大学农学院陈庆山院长,岭南师范学院生命科学院刘楷栋院长等都已成长为了青年领军人才。

  25 年来,课题组已陆续培养出博士、硕士近 200 名(包括海外留学生),其中很多学生已经开枝散叶分布在全国近 20 个省区,有些也远赴国外交流或工作。

  其中,很多已成长为各科研机构、经营公司、政府部门的中流砥柱。2020 年,年海教授团队的 7 名硕士毕业生(包括专业硕士)全部考取博士,再度成为华南农业大学的热点佳话。

  除了科研人才,课题组也培养了一大批从政、从商的青年才俊,他们从不同方面聚智聚力、叠加资源、链接要素,多维度持续呵护南方大豆“种子芯片”工程健康发展。

  近些年,随着南方大豆科技与产业要素的集聚,课题组专门牵头组建了广东省大豆产业技术创新联盟,并通过联盟每年为南方大豆科技与产业发展培训、培育大批的生产、加工、商流、金融等专项人才,不但链动起越来越多有形和无形的产业资源,而且做好了产业发展的人才储备。

  厉兵秣马

  2020 年 5 月,党中央国务院提出“构建国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局”战略,这是“供给侧结构性改革”的持续强国战略,是中国更深层次改革、更高层次开放的必然路径。

  中国大豆产业协会原常务副会长刘登高认为,广东未雨绸缪在 25 年前启动的这个“种子芯片”工程今天已经显现出它的前瞻性和重要性,目前科技和产业要素均齐备,广东如果能够叠加 2500 万吨加工市场和湾区改革、科创优势,借国家“双循环”政策东风,在东西部协作大框架体系下布局“大华南区”产销合作,撬动南北合作“国内循环”做大做强大豆精深加工、激活“国际循环” 重构世界大豆产业合作,将会在“大华南区”乃至全国延伸带来大豆产业数十万亿的实体经济布局!

  据广州国家农业科创中心主任刘玉涛博士透露,2020 年8 月,广东省分管农业农村工作的省委常委叶贞琴同志专门对南方大豆项目做出批示,要求农业农村厅围绕东西协作、南北合作进行整体谋划与布局。

  为此,广东省农业农村厅顾幸伟厅长专门部署,要求广州国家农业科创中心发挥“超级媒婆”的作用,一方面把与南方大豆有关的要素资源一股脑汇聚,另一方面举办“广东‘世界大豆加工厂’产业技术交易大会”链接资源、匹配要素,并借机构建湾区豆腐小镇、大豆科技产业交易所等平台,在湾区吹响南方大豆振兴号角。同时,要求把南方大豆项目纳入东西协作、南北合作大框架体系。

  据了解,目前广东省农业、发改、科技等部门都正在制定有关政策,全力助力这个中国大豆“南方芯片”的孵化转化,为“北豆南移”和中国食用大豆自给提供湾区动力!

  年海教授透露,目前,课题组正在进行再一轮 3.0 版本的科研体系优化,为即将到来的“东西协作”和“南北合作”做好充分准备。同时,广东省供给侧改革基金、中信基金、碧桂园集团、喜之郎集团等平台,也正在与课题组、广州国家农业科创中心紧密衔接,联动广东省大豆产业技术创新联盟及合作的上百家企业,组建南方大豆科研与产业综合发展的航空母舰。

  南方大豆这匹黑马,将更多链动中国大豆要素资源,借助湾区“支点”,乘“十四五”开局东风,让“北豆南移”在中国“大华南区”谱写新篇章。

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