中国有了自己的早熟马铃薯

发源于南美洲安第斯山脉的马铃薯,是我国的第4大粮食作物。由于它适应性广、丰产性好、营养丰富、经济效益高,在我国广泛种植。目前,我国常年栽培面积达9000万亩,居世界首位。

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20世纪80年代初,全国马铃薯种植面积约4300万亩,其中早熟种类仅占15%。而且,由于优质种薯缺乏,病毒病引起的退化普遍发生,早熟区普遍采用中熟品种替代种植,产量低品质差,亟待研究和攻关。

金黎平在田间中国农科院供图

资料图:金黎平在马铃薯实验地里。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员金黎平带领的马铃薯遗传育种创新团队在国家支持下,历经23年攻关,突破了马铃薯早熟品种退化快、品种选育可用资源缺乏、育种技术落后等瓶颈。2017年,他牵头完成的“早熟优质多抗马铃薯新品种选育与应用”获得国家科学技术进步二等奖。

殊不知,早熟马铃薯价格是晚熟马铃薯的2~3倍。这对于具有市场竞争意识的种植者来说,是一个巨大的诱惑。但早熟品种缺乏且“洋化”严重,中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员金黎平及其团队用20多年的时间解决了这一问题,实现了早熟品种国土化。

把科研成果写在农民的账本上

在多年的研究中,金黎平带领团队以早熟优质多抗为重点目标,从国内外收集了马铃薯种质资源2228份,率先利用分子标记技术结合表型鉴定分析了1035份马铃薯种质资源的遗传多样性,并构建217个审定品种的分子指纹图谱和619个审定品种特征特性数据库。其团队在国内外首次开发了早熟性、圆薯形、耐寒性、青枯病抗性和病毒抗性辅助选择分子标记6个,筛选准确率达到94.9%以上。

记者获悉,由金黎平主持完成的“早熟优质多抗马铃薯新品种选育与应用”项目获得2017年国家科技进步奖二等奖。据了解,项目成果不仅实现早熟品种国土化,还促进了马铃薯行业科技和产业发展,产生了巨大的社会经济效益。

——记国家科技进步二等奖获得者金黎平及其科研团队

此外,团队还创建了马铃薯茎枝菌液共培养法青枯病抗性鉴定技术、苗期离体叶片耐寒性鉴定技术:前一项技术实现了技术耗时短、场地少,成本低、通量高,尤其是鉴定时间比灌根法缩短17天;后一项技术与田间霜冻法鉴定结果极显着相关,且条件易控、通量高。另外,他们还通过一系列措施,结合标记辅助选择和常规鉴定技术,建立了高效早熟育种技术体系。

马铃薯是我国重要的粮菜兼用作物,目前全国每年种植面积保持在8500万亩左右,而上述项目推动我国早熟马铃薯种植已达到4000万亩,“保持这个种植面积就差不多了。”金黎平告诉《中国科学报》记者。

本网记者 高文 骆玉兰

综合应用上述技术,他们筛选创制出早熟、高蛋白、抗病等优异种质资源62份,并以4份资源作为亲本,采用高效早熟育种技术体系,育成了以中薯3号和中薯5号为代表的7个具有自主知识产权的早熟优质多抗新品种,实现了早熟品种更新换代。

丰富种质资源 创新育种技术

历时近23年的努力,她和团队成员育成了多个早熟优质多抗马铃薯优良新品种并在全国范围内推广运用,创建了马铃薯高效育种技术体系,推动了我国马铃薯品种的更新换代,仅育成的早熟品种累计推广了7868万亩,近三年新增产值156亿元。她就是2017年国家科技进步二等奖获得者,国家现代农业马铃薯产业技术体系首席科学家、中国农业科学院创新工程“马铃薯育种与栽培创新团队”首席专家金黎平研究员。

其中,早熟抗旱广适新品种中薯3号突破了早熟品种不抗旱和广适性差的局限,扩大了早熟马铃薯种植区域;早熟高抗晚疫病新品种中薯5号,突破了早熟品种不抗晚疫病的瓶颈,创造了早熟品种在晚疫病重发区种植先例。目前,中薯3号和中薯5号成为国内适应性最广、种植面积最大的2个自主培育早熟品种,累计推广面积达7498.9万亩。

相比于晚熟马铃薯,早熟马铃薯育种难度更大。据介绍,我国早熟马铃薯主产区分布在中原二作区、南方冬作区和西南一二季混作区的二作区以及北方一季作区的早熟栽培区。其中,中原二作区和西南二季作区春作周期短、生产易受病毒病危害,需要抗病毒病早熟品种;南方冬作区和西南二作区的苗期常遭冻害侵袭,晚疫病危害严重,需要抗晚疫病耐寒早熟品种。

“我们打破了国外早熟马铃薯品种对国内市场的垄断”

早熟优质抗病新品种和配套技术的推广应用取得了显着的社会经济效益。据统计,2016年,中薯5号平均亩产达4121公斤,亩产值超过1.1万元;2016年,我国早熟马铃薯占马铃薯总播种面积的45%左右,约4000万亩,经济效益显着可见。

“跟国外同行相比,我国马铃薯育种人员需要考虑的问题比较多。”金黎平笑着说。

“成绩不是我一个人的,是大家的,是几代人共同努力的结果。”这是金黎平见到记者说的第一句话。

此外,金黎平还带领团队创新了病毒快速脱除技术,使成苗时间减半,成苗率提高3倍,病毒脱除率提高一倍以上,组培光调控减少一半能耗,并建立了优良品种脱毒种薯生产技术体系,制定了5项标准、获1件国家发明专利……

然而,因出口创汇和早春蔬菜市场对早熟马铃薯需求大,我国马铃薯生产主栽品种以东农303和国外引进品种费乌瑞它为主,其抗病性差、适应性窄,难以满足市场需求,导致长期以来我国早熟马铃薯种质资源匮乏、传统育种技术落后、无性繁殖导致种薯易感病毒退化等问题。

马铃薯是我国重要的粮菜兼用作物,对确保国家粮食安全、促进农民增收方面意义重大。荷兰、美国等国家在这方面一直处于技术领先地位,尤其是在早熟品种选育上。我国由于可用种质资源缺乏、早熟育种技术落后和无性繁殖效率较低、育种后代退化快等导致育成优良早熟品种困难,不能满足生产和市场的需求。

太阳2,责任编辑:燕玉海

金黎平清楚地记得,1991年立项时,全国马铃薯种植面积4300万亩左右,其中只有15%是早熟马铃薯。当时全国只有800余份种质资源,种质资源缺乏是早熟马铃薯育成品种较少的重要原因之一。

经过多年的努力,金黎平及其科研团队育成了7个具有自主知识产权的国审早熟优质多抗新品种,提高了早熟品种抗旱耐瘠薄能力,突破了早熟品种不抗晚疫病的瓶颈,实现了早熟品种更新换代,改变了我国马铃薯早熟品种少、种植面积小的局面,其中,中薯3号和中薯5号已经成为国内适应性最广、种植面积最大的2个自主培育早熟品种,推动我国早熟马铃薯由650万亩增加到4000万亩,并走出国门在朝鲜和津巴布韦得到推广。

种质资源是新品种选育的基础材料,收集、保存更多的种质资源便成为他们的首要任务。“经过23年的努力,从国内外引进并保存、系统评价了2228份马铃薯种质资源,建立了低温保存库。”金黎平说。

“中国农业科学院蔬菜花卉研究所马铃薯遗传育种研究团队长期以来致力于马铃薯种质资源发掘与利用、重要性状生物学和基因挖掘、高效育种技术和栽培技术。中国农科院蔬菜花卉所的马铃薯研究始于在延安时期就开始从事马铃薯科研的原所长朱明凯先生以及援藏18年的程天庆先生,正是在两位先生培养下,我们这一代人才得以成长并将事业发展壮大。”金黎平介绍说。正是一代又一代马铃薯人矢志不渝践行“扎根土地、甘于付出”的马铃薯精神,才迎来了当前马铃薯产业欣欣向荣的发展局面。

在此基础上,金黎平团队筛选出62份早熟、优质、多抗的突破性种质材料,率先利用分子标记技术结合表型鉴定分析了1035份马铃薯种质资源的遗传多样性,构建217个审定品种的分子指纹图谱和619个审定品种特征特性数据库。

“经过几代人的努力,我们打破了国外早熟马铃薯品种对国内市场的垄断。”金黎平自豪地说。

同时,该团队在国内外首次开发了早熟性、圆薯形、耐寒性、青枯病抗性和病毒抗性辅助选择分子标记6个,筛选准确率达到94.9%以上。创建了马铃薯茎枝菌液共培养法青枯病抗性鉴定技术、苗期离体叶片耐寒性鉴定技术。

“不管遇到多大的困难都要克服”

其中,茎枝菌液共培养法青枯病抗性鉴定技术获得国家发明专利,实现了技术耗时短、场地少,成本低、通量高,尤其是鉴定时间比灌根法缩短17天;离体叶片电解质渗漏法苗期耐寒性鉴定技术与田间霜冻法鉴定结果极显着相关,且条件易控、通量高。

“说实话,育种是非常不容易。我们常常是身兼‘黑白两道’,每个人的脸都是冬天白、平时黑。但我们不管遇到多大的困难都要克服!”说起在全国各地不同季节育种基地穿梭忙碌,金黎平感概万千。

此外,应用温室加代繁育杂交组合后代实生薯、优良无性系在高原基地繁种防止退化和中高代无性系跨区多年多点评价等措施,结合标记辅助选择和常规鉴定技术,建立了高效早熟育种技术体系。

马铃薯育种周期长,且多生长于气候冷、条件恶劣的地区,金黎平带领团队成员马不停蹄地奔波在全国各地不同季节育种基地,每年约有一半多的时间在外出差,承受了许多常人从未经历的艰辛。全国各地不同季节的育种基地需要穿梭育种,使得团队在一年里几乎每个月份都要播种或收获。

综合应用上述技术等,“育成了以抗旱广适中薯3号和丰产抗晚疫病中薯5号为代表的7个具有自主知识产权的国审早熟优质多抗新品种。”金黎平说。

提起河北省坝上地区,很多人都会想到七八月份美丽的坝上草原和草原天路,可是在坝上地区仅有的这两个月温暖季节里,金黎平和她的团队无暇顾及美丽的草原风景,埋头在基地马铃薯亲本棚里辛苦地做着杂交试验。马铃薯花期杂交要求低温高湿,为提高杂交成功率,团队成员每天都是起早摸黑,早晨五点多钟就踏着露水开始去雄授粉工作,中午温度高时又开始摘取花药和抖取花粉,下午温度降低时又开始去雄授粉,晚上通常要工作到黑天后才收工,真可谓披星戴月!

品种优势明显 创新脱毒技术

“‘黑’是我们的团队标志。在地里,由于晒得比农民还黑,不细看,都分不清谁是农民、谁是研究员。”团队成员徐建飞说。

以中薯3号为例,该品种是金黎平带领团队经过11年选育而成的品种,1994年通过北京审定、2004年通过广西审定、2005年通过国家审定,到2011年陆续通过贵州、湖南、福建、广东和湖北等省审定,覆盖13个省份。

尽管科研路上困难重重,但是金黎平和她的团队凭借“一定要打破国外早熟品种对国内市场的垄断,实现农民增产增收”的信念,在早熟优质多抗马铃薯新品育种路上不断前行,创制了一批突破性育种材料,极大地丰富了我国马铃薯种质资源;开发和验证了早熟、薯形和抗病等多个育种实用分子标记,建立了结合常规鉴定评价技术和分子标记辅助选择技术的马铃薯高效育种技术,育成了一批中薯系列国审新品种,其中,中薯3号抗旱耐瘠薄,扩大了早熟品种种植区域;中薯5号抗晚疫病丰产,填补了早熟品种抗晚疫病的空白。这些品种在全国各地种植推广,取得了巨大的社会经济效益。

抗旱稳产是其一大特点。根据团队两年的旱地试验结果显示:0.5亩大区试验平均比国外品种费乌瑞它增产21.8%,100亩大面积示范比国外品种增产29.5%,适应性广,是目前通过审定的适宜种植区域最广的早熟马铃薯新品种。

“努力让更多更好的新品种惠及农民”

金黎平向记者介绍,该品种马铃薯薯块卵圆形,浅黄色皮肉,表皮光滑,大而整齐,国家区试比对照平均增产39.9%。

“我国是世界马铃薯第一种植大国,马铃薯在我国各个生态区域都有广泛种植。马铃薯的种植区域与我国贫困地区高度重合。据统计,我国592个国家级贫困县中549个是马铃薯主产县,全国马铃薯种植面积70%以上分布在特困连片地区。发展马铃薯产业,不但有助于解决贫困地区群众的基本口粮,对增加贫困地区农民收入、提高扶贫产业的科技水平以及消除贫困具有重要的现实意义。”金黎平说。

据悉,中薯3号于1997年被引入贵州后成为主推品种,2010年被农业部推荐为主导品种。2011年后,一直为国家区试中原和中南两个早熟组的对照品种。作为亲本已育成了8
个审定新品种。

毕节市是贵州省最大的马铃薯主产区,马铃薯栽培历史悠久,但存在马铃薯脱毒种薯应用率低、品种结构不合理、生产体系不健全和区域规划不突出等问题,严重限制了马铃薯产业发展,影响了种植马铃薯的广大农民和企业的种植效益。从1997年开始,金黎平和她的马铃薯创新团队帮助贵州省发展马铃薯脱毒种薯,建立了马铃薯原原种快繁中心,开展了马铃薯产业扶贫,开辟了科技扶贫和产业扶贫相结合的新路子。

据统计,金黎平团队共育成了21个中薯系列国审新品种。其中,中薯10号、中薯11号和中薯16号为首批通过国家审定的油炸食品加工专用新品种,中薯5号填补了早熟品种抗晚疫病的空白,中薯3号和中薯5号是两个适应性最广、种植面积最大的国内自主育成早熟品种,中薯18号和中薯20号广适耐逆丰产,显现出良好的推广应用前景。

经过多年发展,毕节的马铃薯产业发展成效显著,2000年至2016年,种植面积从233万亩跃升到520万亩,鲜薯总产量从242万吨跃升到718万吨,脱毒马铃薯种植面积占比达65%,毕节市现已成为全国马铃薯四大主产市之一。同时,优化了品种结构和种植栽培模式,建立了比较完善的市场营销体系,提高了农民的收入,2016年,威宁县农民从马铃薯产业中实现人均纯收入1690元左右,占全县农民人均纯收入22%以上。

“与国审早熟品种东农303和国外引进大面积种植早熟品种费乌瑞它相比,育成的新品种丰产性和综合抗性优势明显,普遍增产15%以上,适宜区域更广。”金黎平说。

金黎平坦言:“获奖是对过去的肯定,同时又是一个新的起点。在育种科研这条路上,我们会继续努力,让更多更好的马铃薯新品种惠及农民,拓宽他们的致富路。”

为什么有些马铃薯越种越小、越种越差?“这是由于种薯感染了病毒。”金黎平解释道。据介绍,早熟品种无性繁殖导致的种薯易感病毒退化,影响了新品种推广。金黎平带领团队创新了病毒快速脱除技术,使成苗时间减半,成苗率提高3倍,病毒脱除率提高1倍以上。

责任编辑:陈涛

同时,新技术使组培光调控减少一半能耗,试管薯同步发育技术使单株结薯数从0.8粒提高到1.5粒。据悉,项目建立了优良品种脱毒种薯生产技术体系,制定了5项标准,获1件国家发明专利。

针对育成品种的特性,项目集成了北方一作中薯3号密植保墒、中原春作中薯5号高垄覆膜、西南混作中薯5号与玉米间套作、中原秋作中薯3号和中薯5号秸秆覆盖降温等技术,增产9%~27%。

促进产业发展 助力精准扶贫

截至目前,金黎平团队育成早熟马铃薯新品种在24个省累计推广应用7868.5万亩。仅中薯3号、中薯5号就推广了7498.9万亩,新增产值155.95亿元。其中2014年至2016年推广4024.9万亩,约占全国早熟面积的1/3。

众所周知,马铃薯的种植区域与我国贫困地区高度重合。据统计,我国592个国家级贫困县中549个是马铃薯主产县,全国马铃薯种植面积70%以上分布在贫困地区。发展马铃薯产业,不仅有助于解决贫困地区群众的基本口粮,还对增加贫困地区农民收入、提高扶贫产业的科技水平具有重要的现实意义。

从1997年至今,金黎平团队针对贵州乌蒙山区、宁夏西海固地区、山西吕梁山区和内蒙古乌兰察布地区等地的科技扶贫工作成绩突出,效果显着。

贵州毕节地区位于乌蒙山腹地,是国务院设立的“开发扶贫、生态建设”试验区。这里是贵州省最大的马铃薯主产区,栽培历史悠久。然而,当地存在马铃薯脱毒种薯应用率低、品种结构不合理、生产体系不健全和区域规划不突出等问题,严重限制了马铃薯产业发展,影响了农民和企业的种植效益。

从1997年开始,团队在毕节地区建立了马铃薯原种快繁中心,开展马铃薯产业扶贫,开辟了科技扶贫和产业扶贫相结合的新路子。2012年,金黎平受聘毕节市农业产业体系科技顾问,并带领团队上山下乡调研毕节地区马铃薯产业发展现状。

金黎平介绍,经过对调研结果的细致总结和分析,依据当地马铃薯生产特有的自然条件、栽培模式、品种结构和种植者知识结构,协助毕节市和第一大主产县威宁制订了马铃薯产业发展规划。

经过多年发展,毕节地区马铃薯产业发展成效显着,毕节市现已成为全国马铃薯四大主产市之一。据统计,2000年至2016年,毕节市马铃薯种植面积从233万亩跃升到520万亩,鲜薯总产量从242万吨跃升到718万吨,脱毒马铃薯种植面积占比达65%。

同时,该地品种结构和种植栽培模式得到优化,建立了比较完善的市场营销体系,提高了农民的收入。2016年,威宁县农民从马铃薯产业中实现人均纯收入1690元左右,占全县农民人均纯收入的22%以上。

“全面建成小康社会,一个都不能少。”在科技扶贫的主战场,金黎平团队把文章写在了大地上,把成果写在了农民的账本上,把奉献留在了祖国贫困地区。

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