从日前举行的2017年度国家科学技术奖励大会上获悉,中国农业科学院蔬菜花卉研究所金黎平研究员牵头完成的“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。

马铃薯目前是我国第四大粮食作物,粮菜饲兼用,常年栽培面积达9000万亩,堪居世界首位。其适应性广、丰产性好、营养丰富、经济效益高,在我国各个生态区域都有广泛种植。然而在80年代初,全国马铃薯种植面积约4300万亩,早熟种类仅占15%,其品种少,优质种薯缺乏,病毒病引起的退化普遍发生,霜冻、病害情况严重,早熟区普遍用中熟品种替代种植,产量低品质差,不能满足生产需求,亟待研究和攻关。

金黎平带领的马铃薯遗传育种创新团队在国家“863”计划等项目的支持下,历经23年攻关,突破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。首创了茎枝菌液法青枯病抗性和电解质渗漏法耐寒性鉴定技术,开发了早熟、薯形和抗病等6个实用分子标记,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,创制了19份早熟优质多抗育种材料,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。通过建立优良品种脱毒种薯快繁技术体系和各区域集成的高产高效配套栽培技术,在24个省份累计推广了7868万亩,其中仅中薯3号和中薯5号就推广了7498.9万亩,受到农民、企业用户和马铃薯加工制品消费者的一致认可和好评。在育成品种的推广应用上,我国早熟马铃薯面积由1980年代时的15%提高到2016年的45%,达4000万亩左右,其经济效益显著可见。

马铃薯遗传育种创新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研发等研究,先后保存和评价了数千份种质资源,创制了大量突破性育种材料,开发和验证了一批育种实用分子标记,建立了马铃薯高效育种技术,成功育成21个中薯系列国审新品种并在全国范围内推广应用,推动了我国马铃薯品种更新换代。同时,课题组创建了包括品种快速病毒脱除、多种病毒同时快速检测、组培苗快速扩繁、试管薯同步发育、微型薯工厂化生产和分级的高效种薯生产体系,在不同生态区域集成了与育成早熟新品种配套的丰产高效栽培技术,加速了新品种推广应用,真正实现了高产高效。

早熟品种选育难度大

我国早熟马铃薯常年栽培面积3000万亩左右,主产区分布在中原二作区、南方冬作区、北方一季作区和西南一二季混作区的二作区等。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,需求抗病毒病早熟品种;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,需求抗晚疫病耐寒早熟品种。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,导致长期以来早熟种质资源匮乏、传统育种技术落后、无性繁殖导致的种薯易感病毒退化等问题。众多难题亟待解决,团队感觉重任在肩,怀着强烈的使命感,努力拼搏建立马铃薯高效早熟育种技术体系,推动马铃薯产业发展,提高其国际影响力。

创制资源,推动育种技术创新

资源缺乏和早熟育种技术落后是早熟品种选育的限制因子。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,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。国内外首次开发了早熟性(SCAR5-8)、圆薯形(1137-CAPSVI)、耐寒性(SAD-EcoRI)、青枯病抗性(SRAP标记Me2em5和Me2em2)和病毒抗性(RYSC3等)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,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著相关,且条件易控、通量高。另外,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。综合应用上述技术,筛选创制了早熟(85T-13-8)、高蛋白 (京丰1号,10116-L114)、抗病(3-2-1-2)等优异种质资源62份,其中4份资源作为亲本育成了多个早熟优质多抗新品种,以筛选和培育的优异资源为亲本,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国审早熟优质多抗新品种,实现了早熟品种更新换代。

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,改变了半干旱地区种植早熟品种困难的局面,扩大了早熟马铃薯种植区域。陆续通过了国家和6个省份审定,2010年以来成为国家区试对照品种和农业部主导品种。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,陆续通过国家和3个省份审定,兼抗马铃薯Y病毒,炸片颜色与国内外通用炸片品种大西洋相当。其在2012年成为农业部主导品种,2014年河北省亩产再创新高。中薯4号等5个不同用途的特色早熟新品种,可满足市场和种植区域的多样性需求。

创新病毒脱除技术,加快新品种推广应用

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,病毒脱除率提高一倍以上;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;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,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%到27%。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。

早熟优质抗病新品种和配套技术的推广应用取得了显著的社会经济效益。在2016年襄阳市张集镇中薯5号万亩高产创建现场测产中,平均亩产4121公斤,比对照品种增产49%。按当天田间价格计算,亩产值超过1.1万元。目前中薯3号和中薯5号已成为近10个省份的主栽品种,是国内适应性最广、种植面积最大的2个自主培育的早熟品种。

科技服务三农,助力精准扶贫

研究团队常年奔波于全国马铃薯产区,服务于贵州毕节、宁夏固原、甘肃定西、湖北恩施、内蒙古乌兰察布和河北张家口等连片特困地区的马铃薯主产区,建立专家工作站和研发基地,开展技术指导、学术交流、咨询服务和短期讲课等活动。其研发的新品种和脱毒快繁技术在精准扶贫中发挥了重要作用,如应用于“贵州省推广脱毒马铃薯温饱工程”中,抗病抗逆新品种的应用减少了肥料和农药的施用,在种植业结构调整中发挥了重要作用。

马铃薯研究团队建立了早熟合作育种工作网,在共享资源和育种材料的同时,为合作单位培训了早熟育种团队,研究成果种质资源和育种技术得到了广泛应用,为马铃薯遗传育种学科发展提供了有力支撑,为后续新品种培育奠定了基础,提升了我国早熟马铃薯育种水平。团队希望通过加强育种技术研发和资源鉴定利用,选育出市场需要的新品种,为确保我国粮食安全和促进我国马铃薯主食化做出贡献。

在进行科技扶贫的同时,金黎平博士及其团队成员更不忘担负社会责任。贵州省是全国贫困人口最多、贫困面积最大的省份,毕节地区更是脱贫攻坚的主战场,外出打工人口多,留守儿童多,常由于家庭贫困造成适龄儿童失学辍学。为了让更多贫困学生获得上学机会,圆他们上学梦,2017年6月,金黎平博士捐献个人收入50万元,连同毕节市政府配套的50万元,设立“毕节慈善总会·金黎平助学基金”,主要资助毕节市七星关区、织金县、纳雍县、威宁县、赫章县的困难学生。每个县(区)资助30名学生,其中小学、初中学生20名,人均发放助学金1000元,高中及大学学生10名,人均发放助学金2000元。此外,金黎平博士分别在四川北川和广西大化县捐资捐物助学,并在宁夏西吉连续5年资助小学生和多名初中生完成学业,支持边远地区教育事业,给孩子们带去来自马铃薯专家的爱心。