长期攻克木薯育种难题，累年不懈解决基础农题

——记2022年度广西科技进步三等奖“高产优质木薯新品种选育与推广应用”

从2023年广西科学技术奖励大会上获悉，广西农业科学院南亚所牵头完成的“高产优质木薯新品种选育与推广应用”项目获2022年度广西科技进步三等奖。

木薯被称为“先锋作物”和“开荒作物”，是世界三大薯类作物之一，热区第四大食物能量供给作物，全球第六大粮食作物，也是年产亿吨以上的七大作物之一。木薯用途广泛，除作为食粮外，在化工、医药、纺织等方面均有重要作用，是淀粉及其深加工工业和动物饲料的重要来源，也是世界公认的一种很有发展潜力的可再生能源作物。

广西是我国主要木薯主产区，年生产面积260万亩，种植面积和产量均占全国的60%以上。但是，由于气候原因，广西区内木薯不易开花结实，品种单一，种性退化，生产用种无法更新换代，缺乏配套繁育与高效栽培技术，种植效益低等问题，严重制约了广西木薯产业健康发展。

项目负责人杨海霞带领团队，致力于木薯杂交育种关键技术攻关研究，以获得高产稳产、高淀粉、株型紧凑等品质优良的木薯品种为育种目标，从杂交育种亲本、杂交基地选择和杂交技术方法研究到杂交果实采收、种子处理、播种、实生苗管理、杂交种评价，多代多点多区域的品比试验、区域性试验、生产性试验等一系列复杂且严格的评价与选育，历经12年科研攻关，取得突破性创新成果，为木薯产业的可持续发展提供强有力的物质保障和技术支撑。

攻坚克难  突破木薯杂交育种技术瓶颈难题

针对广西区内木薯生产存在不易正常开花结实、产业面临种质资源创新能力不足、品种单一、品种种性退化、缺乏配套繁育与高效栽培等严峻问题，团队围绕资源收集利用、品种选育、配套栽培等方面开展系统研究，在广西本土进行木薯杂交育种，创新集成诱导开花、人工破蕾杂交授粉、催芽育苗等关键杂交育种技术，创新一种木薯种茎保存装置及方法、一种木薯抗倒伏增产栽培方法，建立木薯配套优质高效栽培技术，突破木薯杂交育种技术瓶颈，实现了木薯生产良种良法共同提高，为木薯创新品种选育奠定了良好基础，为振兴广西木薯产业提供技术支撑。

一是发明一种提高木薯开花的栽培方法，有效促进木薯开花，解决在广西木薯种植区开花难的问题。

针对现有技术中常规木薯不开花、开花不结实及种子成熟度不足等问题，选择低分叉株型的木薯品种，通过人工农艺措施及化学调控的方法，调节木薯氮、磷、钾的营养成分，在木薯生长中期喷施矮化剂来控制茎杆高度，抑制地上部分徒长,促进木薯由营养生长向生殖生长转变，促使木薯提早进行花芽分化，提高木薯开花的能力，达到开花结果的目的。该技术能有效控制株高在1.3-1.4m，成花率提高42.86-69.49％，成花期提前20-30天，有效地解决在广西木薯种植区开花难的问题，对加快新品种木薯的选育起到促进作用。

木薯花序

二是创新开发一种木薯人工破蕾杂交授粉方法，有效控制人工授粉的最佳时间，提高木薯结实率，为木薯杂交育种提供更多的杂交种源。

针对现有技术中常规木薯人工授粉存在花期难控制，易受天气影响，授粉成功概率低等缺陷，依据木薯生理特点，利用柱头黏液作为授粉媒介，在雌花开花前1-3d采用破蕾人工杂交授粉，以保持雌花柱头活力和最佳受孕时间，提高授粉成功概率，该技术木薯结实率达81.66％，比常规人工授粉提高35％，比自然授粉（虫媒、风媒传粉）提高53.33％。木薯破蕾杂交授粉关键技术的突破，提高了木薯的育种效力，为今后我国木薯杂交育种提供更多的杂交种源。

   木薯田间授粉

三是开展木薯花性别分化及生理调控研究，筛选雌花分化相关候选基因，为建立高效的木薯雌花人工调控及其分子育种提供理论指导。

研究团队通过观察和测定木薯花分化各时期的形态结构、内源激素及碳氮化合物含量，开展木薯雌雄花分化的外源激素调控研究，在确定木薯花性别分化关键时期的基础上，有针对性地分析木薯花性别分化关键时期的雌雄花转录组数据，探索木薯花性别分化过程中差异表达的基因功能及可能参与的调控通路，挖掘木薯雌花分化的相关候选基因，并用qRT-PCR方法验证了测序结果。数据表明，木薯从花芽分化开始到完成开花的全过程需要30 d，雌花分化的关键时期是花序抽出后5-8 d，雄花分化的关键时期是花序抽出后的5-7 d，在雌雄花分化过程中5种内源激素含量变化存在差异，CTK 和 ETH 对木薯雌花的分化具有促进作用，GA3、IAA和较高的碳/氮比更有利于木薯雄花的分化。另外，通过分析木薯花性别分化关键时期的转录组数据，推导出木薯花性别分化主要涉及花粉、配子体、花器官的形态建成及发育的生物途径和植物苯丙素生物合成、植物激素信号传导2个代谢通路，细胞分裂素和生长素可能参与了木薯雌花分化过程，AGL11、YABBY4、CRC、SUP、HK4、HPt4、ARR8、ARR12可能是木薯雌花分化的正调控基因。研究结果揭示木薯雌雄花分化规律，明确木薯花分化的关键时期，解析木薯花分化的生理机制，筛选雌花分化相关候选基因，为建立高效的木薯雌花人工调控及其分子育种提供理论指导。

木薯花序发育过程形态变化

木薯花性别分化相关候选基因热图

四是发明一种木薯实生种子播种育苗方法，提高木薯杂交育种的效率。

针对现有技术中木薯杂交种子发芽率低、发芽周期长、病苗多、幼苗弱小等问题，创新发明一种木薯实生种子播种育苗方法，该技术将木薯种子在31℃的恒温水中浸泡10小时进行温汤浸种，可明显缩短发芽时间，减少病菌的伤害。园土：细沙：发酵后的甘蔗滤泥经过科学合理配比制备成育苗介质，可加快生长速度，增强透水透气性，增强了木薯苗根系的呼吸，提高移栽成活率。该技术使木薯发芽率达92%，袋装苗移栽成活率达96%，大田移栽成活率达100%，比传统方法分别提高42%、28%和30%。大大提高木薯杂交育种的效率。

木薯种子播种育苗

 木薯育苗试验流程

五是创新发明一种木薯种茎保存装置及其保存方法，提高其成活率和成活质量，增加产量。

针对现有技术中木薯种茎田间留种保存缺乏保护装置，容易受到土壤中虫类的啃咬以及在一些冬季寒冷地区，木薯种茎极易被冻坏的现象，创新发明一种木薯种茎保存装置及其保存方法，将木薯种茎进行“透气包装”，为木薯种茎提供一个较佳的保护环境，大大降低受土壤中虫类啃咬的发生率，同时可对木薯种茎进行良好的保温，提高其成活率和成活质量，从而提高产量。该装置埋入土壤中一段时间后，逐渐降解可作为肥料，为木薯种茎的生长增加肥力；透气层和保温盖板均采用无机泡沫绝热制品，第一降解层同样由秸秆草木渣制作而成，无机泡沫绝热制品具有良好的防腐性能和保温性能，能够重复使用，节约资源。

木薯种茎保存装置

（1保温保护一体化壳体,2排水插头,3保温盖板,4凸出固定环,5环形固定槽,6伸缩杆,7锁紧螺钉,8显示球,9排水小孔）

六是创新发明一种木薯抗倒伏增产的栽培方法，实现木薯高产栽培，促进增产增收。

针对现有技术中木薯在沿海地区遭受到台风或强对流大风的影响导致倒伏的现象，创新发明一种木薯抗倒伏增产的栽培方法，以“早发、控苗、壮薯”为主要技术，采用宽窄行栽培模式，选择高分枝或直立型的抗倒伏木薯品种，结合化学矮化和科学施肥等一系列措施，控制木薯茎杆的生长。采用该技术栽培的木薯发生倒伏的概率小于5％，株高降低40-65cm，茎增粗1.2-1.7cm，木薯鲜薯亩产量提高31％以上，实现木薯高产栽培，达到增产增收的目的。

抗倒伏木薯

七是选育2个木薯新品种，解决了广西木薯生产长期存在低产低效问题，为木薯高产、高质产业发展提供品种支撑。

针对当前广西木薯产业面临的品种单一、种性退化严重、产量低等突出问题，项目利用优选出的优异育种资源材料，通过品种间杂交，定向选育出生长势好、适应性强、产量、质量等综合性状全面超越现有主栽品种“华南205”的木薯新品种“桂垦09-26”和“桂垦09-11”，选育的新品种平均可生产鲜薯3.2t/亩，淀粉率达27.08%以上，比主栽品种增产60%以上，淀粉含量提高0.13%，具有良好的增产效果和品质，为广西实现木薯栽培良种化提供了新的木薯种质资源；同时建立了木薯良种繁育基地和大田种植示范基地，大面积推广应用木薯优良新品种，为促进广西木薯产业和经济社会的可持续发展提供技术支撑，产生良好的经济、社会和生态效益。

“桂垦09-26”块根

“桂垦09-11”块根

团队简介：

薯类作物研究团队，现有科技人员9人，高级职称2人。主要开展新品种选育、优异基因资源挖掘与创新利用，标准化脱毒快繁健康组培苗生产平台建设，栽培关键技术集成与创新，病虫害发生规律与防控技术研究，培育高产、优质、株型理想新种质和新品种，以期解决当前薯类作物产业存在的关键技术问题。近年来，团队成员先后承担国家重点研发计划子课题、广西重点研发计划、广西科技重大专项、广西自然科学基金等各类项目28项。荣获广西科学技术进步奖三等奖1项、广西农科院科学技术进步奖二等奖2项和三等奖1项。育成木薯优良新品种3个。获授权国家发明专利12件；制修订广西地方标准8项、团体标准6项；在全国中文核心期刊发表研究论文22篇；成果登记10余项。

                                    南亚所  杨海霞供稿/李恒锐供图

一审一校：徐   健

二审二校：王文林

三审三校：陈海生