中国农科院与云南师大发起“优薯计划”，实现马铃薯杂交种子繁殖——马铃薯的绿色革命

专家团队参观位于嵩明县的“优薯计划”育种基地。供图

近年来，中国农科院农业基因组研究所联合云南师范大学马铃薯科学研究院发起“优薯计划”，率先培育出二倍体杂交马铃薯“优薯1号”，真正把马铃薯变成了种子作物。袁隆平院士曾如此评价“优薯1号”的成功选育：“马铃薯杂交种子繁殖技术是颠覆性创新，将带来马铃薯的绿色革命。”该技术证明了杂交马铃薯育种的可行性，使马铃薯的遗传改良进入了快速迭代的轨道，标志着我国马铃薯基础与育种应用研究占据了国际领先地位。

从“温饱薯”到“致富薯”

我国是世界第一大马铃薯种植国，马铃薯不仅是我国重要的粮食作物，也是全国大宗蔬菜和重要加工原料。云南是我国的马铃薯生产大省，马铃薯产业是我省最具代表性的高原特色产业之一。

云南师范大学马铃薯研究工作开始于20世纪70年代，1991年云南省教育厅批准在云南师大成立我国西南地区最早的薯类作物研究所。从1986年开始，云南师大与国际马铃薯中心合作引进新品种，通过筛选获得CIP-24、I-1085等4个新品种，截至1995年累计推广面积达2400万亩，占云南省马铃薯种植面积的50%，平均增产幅度在原主栽品种“米拉”的60%以上，是云南省第一代主栽马铃薯新品种。

从1996年开始，云南师范大学独立开展马铃薯新品种选育，构建了一年三季穿梭式育种，将传统新品种选育时间由10年至15年缩短为5年至8年，选育出以“合作88”“合作3810”“昆薯2号”为代表的第二代云南省主栽新品种，自1996年以来累计推广应用面积超过1亿亩。其中，“合作88”累计应用面积超过8000万亩，占云南省马铃薯面积的30%以上，是云南省马铃薯加工业的最主要原料和大宗出口品种，入选了我国与国际农业研究磋商组织战略合作30周年代表性品种。此外，云南师大的马铃薯研究团队还牵头制定了国家马铃薯种薯标准，构建了种薯脱毒、晚疫病防控技术体系，为云南省的种薯产业快速发展奠定了基础。

挑战世界性难题

据专家介绍，马铃薯原本也可以用种子来种植。在自然界中，野生马铃薯主要是二倍体（有两套染色体组），是可以用种子繁殖的。在自然驯化过程中，二倍体马铃薯突变为四倍体马铃薯，个头变得饱满硕大，产量也提高了，因而被人类广泛栽培至今。但是同源四倍体马铃薯的种子高度分离，播种后长出来可能奇形怪状，很难保持优良性状，于是人们普遍采用薯块来种植马铃薯。

相比于用种子种植二倍体马铃薯，用薯块种植四倍体马铃薯有着天然的劣势。云南省马铃薯种质资源和育种领域中青年学术和技术带头人李灿辉介绍，一是同源四倍体马铃薯基因组更加复杂，因而培育新品种的过程十分漫长。比如，用于制作薯条的主要马铃薯品种麻皮布尔斑克还是在100多年之前选育的品种。二是薯块种植的繁殖系数低，用种子种植一亩马铃薯只需要2克种子，用薯块则需要200公斤种薯，二者的薯种成本、储运成本相差极大。三是薯块的含水量较高，在种植、储藏和运输过程中容易感染多种病虫害。而马铃薯种子基本上不会携带病虫害，在合适的条件下可以保存10年甚至更久。

四倍体马铃薯育种存在的系统性问题，导致目前我国马铃薯单产水平仍然较低、优异种质资源不足，遗传效应难以累积，资源引进、精准鉴定、评价和共享困难，品种专用性不强。开展二倍体马铃薯实生种杂交育种可大幅缩短育种周期，加快品种及相关加工产品迭代速度。2019年，《科学》期刊曾在封面发文认为，杂交马铃薯有可能带来马铃薯产业的“绿色革命”，是马铃薯基础与应用研究领域的重大变革。鉴于二倍体杂交马铃薯巨大的潜在优势，德国、美国、荷兰等国多家科研机构和育种公司纷纷投入巨资，启动二倍体杂交马铃薯科技攻关，意图抢占马铃薯育种高地。

为加速二倍体杂交马铃薯育种研究，2016年，云南师大与中国农业科学院农业基因组研究所、云南英茂集团共同组建了全国首个专门从事马铃薯研究的科研机构——马铃薯科学研究院。研究院整合了云南师大40年马铃薯特色学科所积累的研究经验与成果、中国农业科学院农业基因组研究所在马铃薯组学大数据研究领域的国际领先地位以及英茂集团在现代农业产业化方面的优势，由中国科学院院士、中国热带农业科学院院长黄三文担任首任院长，并引进了清华大学理学博士尚轶等。

黄三文院士说：“这是一项巨大的工程。基因组是所有基因的总和，我们要对整个基因组进行选育，从底层创新，系统性重建。”经过第一个五年攻关，2021年，中方团队在激烈的国际竞争中率先取得重大突破，先后解决了二倍体马铃薯自交不亲和、自交衰退等难题，应用“基因组设计”理论和方法体系率先培育出二倍体杂交马铃薯“优薯1号”，标志着我国率先把马铃薯变成了种子作物，意味着未来的马铃薯可以像小麦、水稻一样用种子种植。该研究成果分别发表在国际知名学术期刊《自然·遗传》《自然·植物》《细胞》《分子植物》，并入选了中国农学会评选的“2021中国农业农村重大新技术新产品新装备”。

去年，“优薯1号”育种团队与南京农业大学共同申报了国家自然科学基金委卓越研究群体项目“杂交马铃薯基因组设计育种”项目，今年2月19日，项目启动会在云南师范大学召开。该项目聚焦马铃薯杂交育种，通过开展有组织的基础研究和集体攻关，挖掘一批具有重大育种应用价值的新基因，开发快速淘汰有害突变和聚合优异基因的新育种技术。

尚轶介绍，为更好地实施马铃薯杂交育种，研究院制定了“两步走”策略。在过去率先培育出二倍体杂交马铃薯“优薯1号”，实现从实验室到试验田的基础上，未来5年，将进一步创制更多的自交系，设计开发杂种优势，提升产量，增强抗性，培育出可商业化的新品种“优薯2号”，实现从试验田到生产田。此外，研究院将继续发挥在传统马铃薯基础与育种应用研究领域的优势，开展“师大6号”紫色马铃薯等系列特色新品种推广；与北大荒薯业集团、云南理世集团等马铃薯食品加工企业合作，开发马铃薯全粉、马铃薯蛋白以及复合薯片等高附加值产品。

云报全媒体记者张雪飞