【國家獎】早熟優質抗病新品種助推馬鈴薯產業發展
從日前舉行的2017年度國家科學技術獎勵大會上獲悉,中國農業科學院蔬菜花卉研究所金黎平研究員牽頭完成的“早熟優質多抗馬鈴薯新品種選育與應用”獲得國家科學技術進步二等獎。
馬鈴薯目前是我國第四大糧食作物,糧菜飼兼用,常年栽培面積達9000萬畝,堪居世界首位。其適應性廣、豐產性好、營養豐富、經濟效益高,在我國各個生態區域都有廣泛種植。然而在80年代初,全國馬鈴薯種植面積約4300萬畝,早熟種類僅占15%,其品種少,優質種薯缺乏,病毒病引起的退化普遍發生,霜凍、病害情況嚴重,早熟區普遍用中熟品種替代種植,產量低品質差,不能滿足生產需求,亟待研究和攻關。
金黎平帶領的馬鈴薯遺傳育種創新團隊在國家“863”計劃等項目的支持下,歷經23年攻關,突破馬鈴薯早熟品種退化快、品種選育可用資源缺乏、育種技術落后等瓶頸。首創了莖枝菌液法青枯病抗性和電解質滲漏法耐寒性鑒定技術,開發了早熟、薯形和抗病等6個實用分子標記,結合標記輔助選擇和常規鑒定技術,建立了高效早熟育種技術體系,創制了19份早熟優質多抗育種材料,育成了以抗旱廣適中薯3號和豐產抗晚疫病中薯5號為代表的7個具有自主知識產權的國審早熟優質多抗新品種。通過建立優良品種脫毒種薯快繁技術體系和各區域集成的高產高效配套栽培技術,在24個省份累計推廣了7868萬畝,其中僅中薯3號和中薯5號就推廣了7498.9萬畝,受到農民、企業用戶和馬鈴薯加工制品消費者的一致認可和好評。在育成品種的推廣應用上,我國早熟馬鈴薯面積由1980年代時的15%提高到2016年的45%,達4000萬畝左右,其經濟效益顯著可見。
馬鈴薯遺傳育種創新團隊長期以來致力于馬鈴薯種質資源發掘與利用、重要性狀生物學和基因挖掘、高效育種技術和栽培技術研發等研究,先后保存和評價了數千份種質資源,創制了大量突破性育種材料,開發和驗證了一批育種實用分子標記,建立了馬鈴薯高效育種技術,成功育成21個中薯系列國審新品種并在全國范圍內推廣應用,推動了我國馬鈴薯品種更新換代。同時,課題組創建了包括品種快速病毒脫除、多種病毒同時快速檢測、組培苗快速擴繁、試管薯同步發育、微型薯工廠化生產和分級的高效種薯生產體系,在不同生態區域集成了與育成早熟新品種配套的豐產高效栽培技術,加速了新品種推廣應用,真正實現了高產高效。
早熟品種選育難度大
我國早熟馬鈴薯常年栽培面積3000萬畝左右,主產區分布在中原二作區、南方冬作區、北方一季作區和西南一二季混作區的二作區等。其中中原二作區和西南二季作區春作周期短、生產易受病毒病危害,需求抗病毒病早熟品種;南方冬作區和西南二作區的苗期常遭凍害侵襲,晚疫病危害嚴重,需求抗晚疫病耐寒早熟品種。然而因出口創匯和早春蔬菜市場對早熟馬鈴薯需求大,我國馬鈴薯生產主栽品種以東農303和國外引進品種費烏瑞它為主,其抗病性差、適應性窄,難以滿足市場需求,導致長期以來早熟種質資源匱乏、傳統育種技術落后、無性繁殖導致的種薯易感病毒退化等問題。眾多難題亟待解決,團隊感覺重任在肩,懷著強烈的使命感,努力拼搏建立馬鈴薯高效早熟育種技術體系,推動馬鈴薯產業發展,提高其國際影響力。
創制資源,推動育種技術創新
資源缺乏和早熟育種技術落后是早熟品種選育的限制因子。金黎平帶領團隊以早熟優質多抗為重點目標,從國內外收集馬鈴薯種質資源2228份,率先利用分子標記技術結合表型鑒定分析了1035份馬鈴薯種質資源的遺傳多樣性,構建217個審定品種的分子指紋圖譜和619個審定品種特征特性數據庫。國內外首次開發了早熟性(SCAR5-8)、圓薯形(1137-CAPSVI)、耐寒性(SAD-EcoRI)、青枯病抗性(SRAP標記Me2em5和Me2em2)和病毒抗性(RYSC3等)輔助選擇分子標記6個,篩選準確率達到94.9%以上。創建了馬鈴薯莖枝菌液共培養法青枯病抗性鑒定技術、苗期離體葉片耐寒性鑒定技術,其中莖枝菌液共培養法青枯病抗性鑒定技術,獲得國家發明專利,實現了技術耗時短、場地少,成本低、通量高,尤其是鑒定時間比灌根法縮短17天;離體葉片電解質滲漏法苗期耐寒性鑒定技術與田間霜凍法鑒定結果極顯著相關,且條件易控、通量高。另外,應用溫室加代繁育雜交組合后代實生薯、優良無性系在高原基地繁種防止退化和中高代無性系跨區多年多點評價等措施,結合標記輔助選擇和常規鑒定技術,建立了高效早熟育種技術體系。綜合應用上述技術,篩選創制了早熟(85T-13-8)、高蛋白 (京豐1號,10116-L114)、抗病(3-2-1-2)等優異種質資源62份,其中4份資源作為親本育成了多個早熟優質多抗新品種,以篩選和培育的優異資源為親本,采用高效早熟育種技術體系,育成了以中薯3號和中薯5號為代表的7個具有自主知識產權的國審早熟優質多抗新品種,實現了早熟品種更新換代。
早熟抗旱廣適新品種中薯3號,突破了早熟品種不抗旱和廣適性差的局限,改變了半干旱地區種植早熟品種困難的局面,擴大了早熟馬鈴薯種植區域。陸續通過了國家和6個省份審定,2010年以來成為國家區試對照品種和農業部主導品種。早熟高抗晚疫病新品種中薯5號,突破了早熟品種不抗晚疫病的瓶頸,創造了早熟品種在晚疫病重發區種植先例,陸續通過國家和3個省份審定,兼抗馬鈴薯Y病毒,炸片顏色與國內外通用炸片品種大西洋相當。其在2012年成為農業部主導品種,2014年河北省畝產再創新高。中薯4號等5個不同用途的特色早熟新品種,可滿足市場和種植區域的多樣性需求。
創新病毒脫除技術,加快新品種推廣應用
早熟品種無性繁殖導致的種薯易感病毒退化,影響了新品種推廣。金黎平帶領團隊創新了病毒快速脫除技術,使成苗時間減半,成苗率提高3倍,病毒脫除率提高一倍以上;組培光調控減少一半能耗、試管薯同步發育技術使單株結薯數從0.8粒提高到1.5粒;建立了優良品種脫毒種薯生產技術體系,制定了5項標準、獲1件國家發明專利。針對育成品種的特性,集成了北方一作中薯3號密植保墑、中原春作中薯5號高壟覆膜、西南混作中薯5號與玉米間套作、中原秋作中薯3號和中薯5號秸稈覆蓋降溫等技術,增產9%到27%。與國審早熟品種東農303和國外引進大面積種植早熟品種費烏瑞它相比,育成的新品種豐產性和綜合抗性優勢明顯,普遍增產15%以上,適宜區域更廣。
早熟優質抗病新品種和配套技術的推廣應用取得了顯著的社會經濟效益。在2016年襄陽市張集鎮中薯5號萬畝高產創建現場測產中,平均畝產4121公斤,比對照品種增產49%。按當天田間價格計算,畝產值超過1.1萬元。目前中薯3號和中薯5號已成為近10個省份的主栽品種,是國內適應性最廣、種植面積最大的2個自主培育的早熟品種。
科技服務三農,助力精準扶貧
研究團隊常年奔波于全國馬鈴薯產區,服務于貴州畢節、寧夏固原、甘肅定西、湖北恩施、內蒙古烏蘭察布和河北張家口等連片特困地區的馬鈴薯主產區,建立專家工作站和研發基地,開展技術指導、學術交流、咨詢服務和短期講課等活動。其研發的新品種和脫毒快繁技術在精準扶貧中發揮了重要作用,如應用于“貴州省推廣脫毒馬鈴薯溫飽工程”中,抗病抗逆新品種的應用減少了肥料和農藥的施用,在種植業結構調整中發揮了重要作用。
馬鈴薯研究團隊建立了早熟合作育種工作網,在共享資源和育種材料的同時,為合作單位培訓了早熟育種團隊,研究成果種質資源和育種技術得到了廣泛應用,為馬鈴薯遺傳育種學科發展提供了有力支撐,為后續新品種培育奠定了基礎,提升了我國早熟馬鈴薯育種水平。團隊希望通過加強育種技術研發和資源鑒定利用,選育出市場需要的新品種,為確保我國糧食安全和促進我國馬鈴薯主食化做出貢獻。
在進行科技扶貧的同時,金黎平博士及其團隊成員更不忘擔負社會責任。貴州省是全國貧困人口最多、貧困面積最大的省份,畢節地區更是脫貧攻堅的主戰場,外出打工人口多,留守兒童多,常由于家庭貧困造成適齡兒童失學輟學。為了讓更多貧困學生獲得上學機會,圓他們上學夢,2017年6月,金黎平博士捐獻個人收入50萬元,連同畢節市政府配套的50萬元,設立“畢節慈善總會·金黎平助學基金”,主要資助畢節市七星關區、織金縣、納雍縣、威寧縣、赫章縣的困難學生。每個縣(區)資助30名學生,其中小學、初中學生20名,人均發放助學金1000元,高中及大學學生10名,人均發放助學金2000元。此外,金黎平博士分別在四川北川和廣西大化縣捐資捐物助學,并在寧夏西吉連續5年資助小學生和多名初中生完成學業,支持邊遠地區教育事業,給孩子們帶去來自馬鈴薯專家的愛心。
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