聚焦一流 创新引领│2022年度广西科技进步奖励获奖项目系列报道之十一
攻克马铃薯栽培种不耐寒早熟品种不抗晚疫病的品种选育技术难题，引领马铃薯耐寒育种新方向
——记2022年度广西科技进步二等奖“马铃薯耐寒早熟材料创制及新品种选育与应用”
2023年广西科学技术奖励大会上，我院牵头完成的“马铃薯耐寒早熟材料创制及新品种选育与应用”项目获2022年度广西科技进步二等奖。
马铃薯是我国第四大粮食作物，常年栽培面积达0.8亿亩，居世界首位。马铃薯栽培种喜冷凉但它既却不耐寒又无低温驯化能力、早熟品种不抗晚疫病，所以我国不同马铃薯产区均存在严重的霜冻和晚疫病威胁，特别是冬作区，造成严重损失。
项目组针对这些问题，开展耐寒抗霜冻材料创制、驯化抗寒功能的机制解析、以聚合耐寒抗晚疫病早熟为核心的品种选育与应用，历时25年，取得系列成果，经中国农学会组织，方智远院士、邹学校院士、国家马铃薯首席科学家金黎平研究员和育种岗位科学家文国宏研究员等专家组成的第三方评价，总体达国际先进水平。
一、首次明确了抗寒性形成的生理基础与分子机制，建立了马铃薯苗期抗寒能力评价体系，实现了抗寒遗传改良理论与技术的突破，推动了马铃薯抗寒育种的技术进步
探明了多胺代谢途径中的腐胺合成在马铃薯驯化抗寒中的机制，在国际上首次揭示了SaADC1在腐胺合成中的作用及其在马铃薯抗寒中的功能。通过外源施用、基因遗传转化及转录组测序等转录组和代谢组相结合的方法，率先发现在抗低温胁迫基因型中，多胺代谢途径中的精氨酸脱羧酶基因ADC1在低温条件下特异上调表达，且腐胺受冷诱导特异累积。对低温敏感的马铃薯材料施用外源腐胺及转入SaADC1基因，均能提高其驯化后的抗寒性，为改善栽培种马铃薯不抗霜冻的特性提供了基因资源和方法。
转录组和代谢组整合分析，揭示腐胺途径在马铃薯抗寒过程中起着重要的作用
利用叶片损伤程度评级和电解质渗漏法，对不同抗性马铃薯植株苗期处理，首次明确了-3.5℃处理2h或低温胁迫幼苗第5天作为材料抗寒评价的时间节点，并建立了马铃薯苗期抗寒能力直接评价体系，为马铃薯抗寒材料的大规模筛和抗寒能力的鉴定提供了标准。
二、创新耐寒杂交育种策略，创制了一批抗寒种质，率先育出并通过审定3个聚合了耐寒、抗霜冻、抗晚疫病、早熟、高产、优质等优异特性的马铃薯新品种，引领了国际马铃薯聚合耐寒抗晚疫病早熟等特性的品种选育
利用自主研发的抗寒材料创制技术，首次在国内鉴定创制了104份可杂交利用的抗寒种质，突破了马铃薯栽培种无抗寒资源的瓶颈。利用自主建立的评价体系，结合多点田间自然霜冻鉴定结果，完成了国内外300余份栽培品种的抗寒性评价并筛选获得了 “Alaska Frostless”等9份抗寒性相对较强的栽培种材料，并用这些抗寒材料做亲本配制大量的杂交组合，通过对137个栽培种杂交组合的16068个后代进行-3℃抗寒筛选，获得13个抗寒母本和7个抗寒父本；提出了马铃薯栽培种抗寒杂交配组策略，即以耐寒为核心兼顾其他优异性状，扩大选择群体、加强选择强度并结合生态选择，从而达到聚合抗寒性和多个优异性状的目的，为抗寒品种的高效选育提供了国际先进水平的方法体系，创制了25份抗寒材料，并育成了聚合耐寒抗晚疫病早熟高产和优质等特性的3个突破性新品种：桂农薯1号、桂农薯4号和华薯13号，填补了国际空白，突破了国际公认的马铃薯栽培种不耐寒更不抗霜冻、早熟品种不抗晚疫病的两大屏障，破解了聚合多个负相关特性的品种选育难题，解决了长期制约秋冬种马铃薯产业稳定发展的品种障碍，推动了国际马铃薯聚合耐寒抗晚疫病早熟等特性的品种选育的科技进步。三品种既适合南方秋冬种又能让北方提早春种和上市，弥补了北方6、7月的鲜薯空档期，为北方马铃薯产业结构调整提供了品种支撑。
耐寒抗霜冻特性：3个品种的半致死温度均低于-3.4℃，比费乌瑞它（我国主栽品种）低1.1℃。
抗晚疫病特性：桂农薯1号和4号被云南省农作物品种抗性鉴定站和甘肃省农科院植保所鉴定为抗晚疫病品种。
早熟特性：3个品种的生育期都与国审早熟品种“东农303”及我国主栽早熟品种“费乌瑞它”相当（83-90天）。
高产特性：产量均比费乌瑞它高10.0%-41.0%；桂农薯1号在连续低温霜冻下增产仍高达61.0%。
优质特性：桂农薯1号和4号的蛋白质、淀粉、Fe、Zn、、Mg、VB2和Vc含量都比费乌瑞它分别高7.3-18.0%、5-25.9 %、20.9-23.1%、26-29.4 %、18.0-21.3%、9.4-143%和3.4-15%。
“桂农薯1号”产量表现
桂农薯1号品种权使用许可签约仪式
三、创新了冬种马铃薯高效栽培理论和配套栽培技术
针对冬种马铃薯生长期间极少开花难以按照国际上以开花为依据划分生育期来指导生产而造成盲目施肥和用药的问题，以“桂农薯1号”和“费乌瑞它”为材料进行研究，在国际上首次将冬种马铃薯生育期划分为“出苗期”“现蕾期”“块茎形成期”“块茎膨大期”和“块茎成熟期”共五个简单易懂易掌握的生育期并研发配套的高效栽培、减肥减药与绿色防控晚疫病技术应用于生产，解决了冬种马铃薯因缺乏理论和技术而盲目施肥用药造成面源污染、效益低等问题。
冬种马铃薯生育期划分示意图
项目10年来在国内26个省市自治区及越南等多国应用，面积达816.9万亩、产值逾300亿元；近三年应用491.5万亩，总产鲜薯1354.3万吨，新增鲜薯206.1万吨，新增销售额31.0亿元、利润34.0亿元，节支6.7亿元；节肥节药均超41%。授权发明专利7项、实用新型专利8项、制定标准4项、在SCI一区的《The Plant Journal》等刊物发表论文66篇、培养博士硕士42名、培训技术员和农民骨干1200多人，为我国粮食安全、脱贫攻坚、美丽广西建设作出了贡献。
团队介绍：
冬种马铃薯育种与栽培团队，现有科技人员6人，高级职称4人，在校研究生4人，获广西科学技术进步二等奖1项。主要开展材料创制、品种选育、种薯本土繁育、高效栽培技术、添加鲜薯的马铃薯米粉加工技术等研究。团队成员先后主持国家及广西科技重大专项等各类项目16项；育成11个通过国家登记/省级审定的品种；2019年利用研发的马铃薯脱毒种薯本土繁育技术繁育的“桂农薯1号”进行秋冬种，创下了广西历史上最早上市（2020年1月12日）、7个百亩连片产量最高（平均亩产达2.2-3.2吨）、售价最高（每公斤地头价均超过3元）、效益最好（亩纯收入均超过3000元）的历史记录，拉长了广西马铃薯的销售期（1月-4月，传统的是3-4月），助推了广西成为我国马铃薯最早上市的省区、2021年成为最大的出口省区，而且出口单价达到每吨1256美元，分别是第二第三名的山东省和云南省的2.6和3.0倍。
经作所 刘国敏供稿/覃维治供图
一审一校：严华兵
二审二校：薛臣艺
三审三校：杨景峰
