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综述:低纬度地区大豆栽培的适应性策略与可持续生产
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年07月31日 来源:Plant, Cell & Environment 6.3
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这篇综述系统阐述了大豆(Glycine max (L.) Merr.)在低纬度地区(如巴西、印度和非洲)的适应性机制,重点解析了短日照(SD)、极端温度、病害和贫瘠土壤等环境胁迫下的分子调控网络,为培育广适性大豆品种(WASV)提供了理论依据,助力全球大豆产业向低纬度区域扩展。
ABSTRACT
作为高蛋白(40-45%)和高油脂(18-20%)的重要经济作物,栽培大豆(Glycine max (L.) Merr.)约5000年前起源于中国温带地区。近年来,为满足全球畜牧业对优质蛋白饲料的需求,大豆种植区逐渐向低纬度地区扩展。然而这些区域特有的短日照(<12小时)、高温(>35°C)、土传病害(如大豆胞囊线虫SCN)和酸性土壤(pH<5.5)等胁迫因素,严重制约着大豆的产量稳定性。
适应性育种突破
育种学家通过表型组学(Phenomics)筛选发现,光周期敏感基因E1/E3/E4的等位变异是调控大豆短日照适应的核心开关。在巴西热带地区,携带e1-nf/e3-tr/e4的早熟品种可实现避旱种植。温度适应性方面,热激蛋白(HSP70)和脱水素(Dehydrin)基因家族的扩增显著提升了品种的耐热性(42°C下花粉存活率提高300%)。针对低纬度常见的铝毒胁迫(Al3+),GmSTOP1调控的苹果酸分泌机制可使根系伸长量增加2.5倍。
分子调控新发现
最新转录组(RNA-seq)研究表明,低纬度环境下茉莉酸(JA)与水杨酸(SA)信号通路呈现拮抗调控模式。在印度田间试验中,过表达GmNAC20的转基因株系通过激活抗氧化酶(SOD/POD)系统,使镰刀菌枯萎病(Fusarium wilt)发病率降低68%。表观遗传分析则揭示,DNA甲基化(m5C)修饰在长期高温适应中起"分子记忆"作用。
可持续生产策略
通过全基因组选择(GS)技术,中国农业科学院近年培育的"中黄301"在非洲试种中实现产量3.2吨/公顷,较当地品种增产40%。微生物组学研究指出,接种根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)CCBAU 51724可使贫瘠土壤中的生物固氮量提升57%。
Conflicts of Interest
作者声明无利益冲突。当前研究仍存在低纬度特异SNP标记不足等问题,未来需整合多组学(Multi-omics)数据和基因编辑(CRISPR/Cas9)技术,进一步优化适应性育种体系。
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