ai 文爱我们只是吃点豆腐喝点豆乳，就让我国堕入了大豆危险？

发布日期：2025-01-03 10:21 点击次数：185

以下著作着手于格致论说念讲坛 ai 文爱，作家田志喜

亩产达到 306 公斤的这个耐盐碱的大豆，

它作念出来的豆乳果然卓越好喝，

这让我们答允得不得了。

田志喜 · 中国科学院遗传与发育生物学商讨所商讨员

格致论说念第 108 期 | 2023 年 12 月 23 日北京

大家好，我是田志喜，来自中国科学院遗传与发育生物学商讨所。卓越答允今天有契机和大家共享我们实验室《种豆这 10 年》的故事。

说到大豆，我想大家并不生分。然而不知说念大家知不知说念，我国每年耗尽大豆的总量粗略在 1.2 亿吨，每东说念主每年平均要耗尽 90 千克，也即是 180 斤。

一听这个数字大家是不是很诧异？我们怎么能够消费这样多大豆？因为提及大豆，无非即是豆腐、豆乳、豆油、酱油、毛豆、腐竹这一类我们常见的豆成品。只是这些豆成品，就让我们每东说念主每年耗尽了 180 斤的大豆吗？

其实，这些只是我们能看到的大豆，还有一些大豆耗尽是我们见不到的、隐形消费的。昔时的几十年里，我们的生流水平有了大幅度的提高，对肉蛋奶的消费大大升迁。据不皆备统计，在昔时 50 年间，肉蛋奶以及水产物总产的升迁粗略有 10 倍、20 倍致使几十倍。这些畜禽和水产物需要大量的卵白质手脚饲料。而大量卵白质来自于那里呢？都是来自于大豆。这即是为什么我们能消费这样多大豆。

那我们消费的 1.2 亿吨大豆，都是我国自产的吗？其实远远不是。我国目下所产的大豆只是保管在 2000 万吨傍边，另外的 1 亿吨大豆主要来自于入口。也即是说我们目下消费的这样多大豆有 80% 以上依赖于入口，这严重影响了我国的食粮安全。

那为什么要入口这样多大豆呢？一个根柢原因就在于我们的耕地资源有限。我国的东说念主口占了世界东说念主口的 19%，然而耕地只是占了世界耕地的 8% 傍边。这就需要我们通过入口食粮来弥补我们耕地的不及，因为我们现存耕地分娩的食粮弗成得意我国寰球的消费需求。

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大家可能又要问，为什么我们要入口大豆，而不是其他食粮呢？这就要回来到大豆自己的问题：大豆的单产相较其他主粮作物真实是太低了。

从图中大家不错看到，目下大豆的单产（单元面积的产量）是玉米、水稻和小麦的三分之一到四分之一。若是我们要驱散大豆的皆备自主自给，就要用更多的耕地来栽植大豆，那就意味着我们要入口更多的水稻、小麦或者玉米，就可能对我们的食粮安全产生更大的影响。是以说，入口大豆是我们目下不得已的计谋聘任。

那大豆单产低的问题是不是自古以来就有呢？它和水稻、小麦和玉米的差距一直这样大吗？其实也不尽然。

记忆一下昔时 60 年里水稻、小麦和玉米以及大豆的单产变化情况，粗略不错看到，玉米、水稻和小麦的单产有了大幅度提高，而大豆的单产基本踏真实一个比拟低的水平，莫得本色性的提高。是以我们需要通过育种来大幅度提魁伟豆的单产。

针对这个问题，2011 年我从国际作念博后回到国内之后，就修复起了我方的实验室，而且把提魁伟豆单产手脚实验室的一个主要方针。同期也为我们实验室写了一个口号"为中华大豆之崛起而精辟"，以此来激发实验室里的每一个东说念主。

在这十几年间，我们得到了好多来自陶冶、一又友以及同学的匡助和撑握。这是种康陶冶给我写的一幅字，内容是毛主席《七律 · 到韶山》其中的两句"喜看稻菽千重浪，随处英杰下夕烟"。

我至极可爱这两句诗词，因为诗句的第一个字"喜"偶合是我名字的终末一个字，而"菽"即是大豆的敬爱。两句诗形容了一位农民伯仲从田间耕种回来，看到了一派丰充的气象，内心感到十分喜悦和欢乐，和我我方的职责也十分契合。

这是种康文告对我的一种饱读励，也但愿我们在异日的职责中真实能为大豆功绩作念出一些奉献。

网罗大豆学种地

我们接收的是一种叫打算育种的轨范，但愿把基础科学商讨和目下的育种皆集起来，真实走到一个更快的旅途上。

领先讲授下什么叫育种，其实即是培育一个新的作物品种。在进行品种培育时，我们延续都但愿达到一个最好情景，即是把最好的高产、优质以及抗逆（扞拒不利环境的才略）都团聚到一个材料里边，成为一个超等品种。

要想得到这个超等品种，我们就要知说念是哪些基因在适度这些性状，怎么才略够使得它高产、怎么才略优质。

为特出到这些基因，我们接收了关联分析的策略。我们领先会录取好多种大豆的材料，来评价哪些材料是抗性比拟好的、哪些材料是品性比拟好的、哪些材料是高产的。同期，我们还会去商讨它的遗传信息，商讨它的基因在不同材料里是怎么变化的。

然后，我们把这些材料的性状变化以及遗传变化皆集起来，作念一个互关联联。就能知说念是哪一个基因位点的变化使它高产，哪一个基因位点的变化使它优质。这样，我们就能了了地知说念每一个性状是怎么被调控的。终末，再把我们想要的性状所对应的基因都团聚起来到一个品种里，就造成了打算育种。

一言以蔽之，打算育种基分内三步走。第一步即是对种质资源作念筛选评价，以及对它的基因组作念分析。第二步即是笔据这些信息，找到适度特定性状的基因集聚。第三步即是把这些常识团聚到一皆进行打算，培育新品种。

从中国走向世界的大豆

那具体而言，第一步即是要网罗材料。大豆其实是原产于我国的作物，最早在我国被驯化，尔后才传播到世界各地。中国事大豆的发源国，因此有着丰富的种质资源。

归国之后，我作念的第一件事即是要网罗这些种质资源。在这个经过中，我也有幸得到了好多陶冶的撑握，于是在 2011 年就网罗到了 100 份傍边的材料。

这是我第一年种地的相片。大家不错看到，我满怀但愿、欢天喜地地去种材料了。种到地里后，我就恭候着收货。

然而效果呢？这张图大家不错看到较着分为两部分，上头一部分长得邑邑芊芊，下边一部分长得七零八落，好像好多材料都莫得长出来。为什么有这种分手呢？

因为上头那片地是我们商讨所一位商讨大豆的老先生种的地，他种的就比拟好。而下边这个是我种的地，其时我根柢就不知说念怎么种大豆。

这在我们所也成为了一件乐事。有东说念主开打趣说，我毋庸去看、也毋庸去问，只好是长得不好的，一定是田陶冶种的地。

那能怎么办呢，我只可去学习种地，向老先生学习，逐步地就学到了种地的陶冶。虽然，在这经过中，我们也创制和网罗了好多材料。

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经过粗略七八年的勉力，我们目下还是网罗了 3000 份材料，我方也创制了 5 万份材料。只是是这些材料种成这样一滑一滑的神色，就需要 100 亩地了。我们目下种得也卓越漂亮，不错看到地里都邑邑芊芊的。上头那些斑斑秃秃的其实也并不是种得不好，而是因为我们在作念筛选，在作念盐碱地的职责，后边我会讲到的。

这是我们在地里的合影。大家不错看到，天外蔚蓝蔚蓝的。而刚才相片里天是灰蒙蒙的，这也代表了我心扉的变化。

用数学的想想商讨基因组

有了这些种质资源，接下来就要作念基因组的信息分析了。作念基因组信息分析有一个卓越大的前提，即是我们必须有一个轨范。比如目下我要商讨东说念主类，就必须先有一个东说念主类基因组作参考才略开展商讨。

左：第一个大豆基因组 Wm82

右：构建中黄 13 高质料参考基因组

Shen et al. Science China Life Science 2018， 2019

大豆亦然这样的。最早的时辰有一个好意思国作念的大豆基因组，然而我们发现它有很大的错误，并不轨范。在这个基础上，也得益于本事的发展，我们对我国一个叫中黄 13 的材料进行测序，作念出了一个卓越好的基因组。

然而在这个经过中，我们发现只是一个基因组是不够的。为什么呢？

我打个比喻。比如说要商讨我们东说念主类的性状，不论是去商讨高矮胖瘦或者是短长黄棕，要商讨这些性状是为什么产生的，只是测了我我方的基因组而莫得测其他东说念主的基因组，那怎么去比拟呢？尤其是关于那些我的基因组里边不包含的、但大家基因组里有的那些片断来说，是莫得方针比拟的。

假如图中第 3 行代表的是我基因组，大家都有中间黄色的那段序列而我莫得，那么这段序列就莫得方针比拟。若是这是适度高矮的基因，那我们就没法比拟出来适度高矮的基因是什么神色了。

是以就需要更多的基因组，要在东说念主群里再选一些具有代表性的个体进行测序，之后再通过比拟得到哪些基因是我们这些东说念主都有的、哪些是偶尔几个东说念主有的、哪些是某一个东说念主至极有的，这样就更贯通了。这也即是自后提倡的"泛基因组"的办法。在大豆里，我们得手地驱散了泛基因组。

我们还有一个打破，即是诈欺了数学上的图论想想，把基因组从一维变成了二维的办法。什么叫一维到二维的办法呢？大家学过生物学的话，就会知说念以前的基因组是

A、T、C、G 这样线性的序列。然而若是把总计东说念主的基因组拼接在一皆时，就会出现好多问题。

比如我们有 ABCD 四个基因组，但当我们拼接到一皆时辰，就像中间这张图展示的，以 A 的为起先和 D 为起先所得到的序列是不雷同的。

那怎么处分呢？我们猜度了一个卓越好的数学表面，即是图论。图论即是把一维线性的改成二维网状的，这个网状就不错很好地把每一个节点的位置以及序列的各异关联起来，就像右图这样。

Liu et al， Cell， 2020

然而，从数学表面到推行之间照旧有很大的挑战，我们最终在大豆里边驱散了基于图论的图形泛基因组，对自后的商讨起到了很大的股东作用。

从好基因到好品种

我们网罗好材料，作念好基因组，底下就要来商讨它的性状了。具体即是商讨高产、优质、抗逆等性能是由谁来决定的。

领先我们都知说念，大豆是高油的油料作物，是不错产油榨油的。那是不是大豆在几千年前就一直是高油的作物呢？其实不是的。

Zhou et al. Nature Biotechnology， 2015

大豆是粗略 5000 年前在我们中国被驯化的。它被驯化前是野生大豆，即是图里左边这些玄色的小种子，是一种高卵白植物。我们分析发现，这种高油的特质是经过我们祖宗弥远聘任哪些适度油份基因而逐步造成的。

围绕这个想路，我们找到了好多其他的基因，包括适度产量的、适度吐花的以及抗逆的。

找到适度关节性状的基因，那是不是把适度不同性状的好基因聚到一皆，就能够得到好的品种了呢？其实这并不皆备可行，经过中也有好多挑战。因为一个基因对这个性状来说是好的，但可能对另外一个性状来说即是差的。

Liu et al. Molecular Plant，2020

我举个卓越浮浅的例子。若是大家仔细看，会在吃毛豆的时辰发现豆荚上有一些毛。若是大家再仔细看，会发现存些豆子的毛密少量，有些豆子的毛珍稀量。这其实是由一个卓越考究的基因调控集聚来决定的。

左：干旱环境

右：虫咬环境

今天我们不讲具体的调控机制，只是想考一下毛的零散到底有什么用。我们的商讨发现，在干旱要求下，毛多的材料基本上是不抗旱的，很快就干枯了。然而毛少的致使没毛的那些材料就卓越卓越抗旱。

那可硬汉人会想，我们把大豆都培育成莫得毛的不就好了吗，这样吃起来还不扎嘴。

然而在有虫的环境下，没毛的基本都被咬得七零八落全是洞，然而毛多的基本不受影响。是以说，我们在育种中一定要研讨到这种均衡。即使是毛这样一个卓越小的性状，我们都需要让它保握在一个比拟适当的一个水平。

Fang et al. Genome Biology， 2017

有东说念主说育种是一种艺术，其实它即是一种详细均衡的效果。那怎么从机理和常识上换取我们更好地育种呢？我们对适度 57 个性状的基因进行了分析，探究到底是哪些基因在调控不同的性状，最终造成了一个比拟复杂的分子模块系统的集聚。

左：科豆 10（国审）增产 5.1% 卵白质含量 45.6%

右：科豆 103（黑龙江）增产 5.9% 油含量 22.73%

在这个集聚的换取下，我们培育了好多品种，这只是其中的 2 个例子。科豆系列的科豆 10 是一个高产、高卵白的品种，科豆 103 是高产、高油的品种。分子打算育种这条路基本上是走通了。

但愿异日我们能作念更多勉力，能够为中国的大豆功绩作念出更大的孝敬，比如把产量提得更高。

让盐碱地也出一份力

只是作念这些是不是充足了呢？其实照旧远远不够的。因为我们的缺话柄在太大了，之前说过，目下 80% 的大豆都是依赖入口的，根柢问题是我们的耕地不及。

那我们有莫得可能再进一步扩大耕地呢？天下目下有 18 亿亩耕地，还有 1 亿多亩的盐碱地莫得被诈欺，大豆能弗成在这些盐碱地上滋长呢？带着这个问题，我们从 2018 年起就在盐碱地上伸开了商讨，山东东营是我们的一个进犯磨真金不怕火点。

山东东营是一个靠海的、卓越漂亮的小城市，那里的盐碱地卓越多。这即是当地典型的盐碱地情况，长的都是一些碱蓬。

这是 2018 年的时辰，要求还诟谇常顽固的，我们坐着一个三轮淘气机就欢欣荧惑地去了。其时筛了 3000 份材料，就合计一定能够筛出来。

然而到了秋季，效果让我们卓越失望，这些材料基本上都死掉了，所剩无几。即使是留住了那几个也莫得产量，不结豆子。我们的农民伯仲是不会去种这种不结豆子、只长几个豆梗的作物的。

自后我们才了解了当地的情况，这块盐碱地的要求卓越特殊。在 6 月份种大豆的时辰，这里卓越干旱，而且盐碱度最高。这对大豆提倡的要求即是抗旱和抗盐碱。7 月台风又会来，这里会下好多的暴雨，好多作物都是被淹的情景，因此要抗涝。到了 8 月，天气卓越卓越热，这时辰需要大豆能抗热。到了 9 月，莫得台风，水也下去了，然而盐碱又上来了，这时辰又要抗盐碱。因此要在这种要求下筛出一个大豆，需要研讨好多详细性状才行。