宁夏农业育种专项《马铃薯新品种选育》,执行期限为2014年8月至2019年8月。项目启动实施以来,宁夏农科院固原分院农业科研工作者积极担当、努力作为,聚焦主要育种目标,整合区内马铃薯育种人才、资源优势及相关技术力量,加强合作与交流,引进、评价并创制高产、优质、抗旱、抗病马铃薯种质资源,开展分子育种技术研究,优化常规育种技术,建立综合常规杂交育种、倍性育种、基因工程育种的高效育种技术体系,完善马铃薯新品种选育基地的建设,创制宁夏自由知识产权的新品种(系),构建育、繁、推科企联动的良种繁育一体化现代种业机制,目前已取得阶段性重要成效。

聚力研究任务,引进优良种质与科学选育兼修

★优良种质资源收集、评价与利用研究

从国内外马铃薯育种单位引进抗逆性好、具高产潜力和高附加值的种质资源。对引进的各类种质及育种亲本材料在生物学特征、农艺性状、抗病性、抗旱性、品质特性、丰产性等方面进行全面的田间鉴定和整理;同时结合分子标记、高通量测序等技术对保存的马铃薯种质资源进行分子鉴定,分析引种材料的遗传多样性,构建核心种质资源库,筛选出具有抗逆、高产、优质等优良性状的种质材料。

★新品种选育技术研究

在引种、评价和初步筛选后,选择出适合做杂交的亲本,配置多种杂交组合。经过杂交亲本选配、人工杂交、穿梭和联合育种、杂种子代早期鉴定选育出适合大面积推广的淀粉加工型、鲜食菜用型、高抗逆(病、干旱)型马铃薯新品种,并经过科企联动模式进行高产栽培技术集成示范。

★高效生物技术育种体系研究

将分子标记辅助育种、倍性育种和基因工程育种与常规杂交育种相结合,针对抗逆(旱和病)性和品质、产量这三个存在复杂相关性性状同时在基因发掘、定位克隆、基因的表达与调控等方面进行遗传学、功能基因组学和生物信息学等多学科综合研究,深入解析马铃薯抗逆和产量、品质形成机理,发掘关键性状的调控基因,开发相应分子标记,为加速田间选择速度、提高育种效率、缩短育种进程和创制在抗逆性、品质、产量等目标性状上表现突出的育种材料提供技术支撑。

撒播一路汗水,实现项目成果科技创新双赢

★专利、软件、著作、技术标准、新产品情况

(1)专利情况。申请8项,已获批实用新型专利3项;受理发明4项,已公告。

(2)软件著作权登记。制作了国内首个网页版马铃薯测序数据库1个(http://genedenovoweb.ticp.net:81/gmdb/),研究结果将为高效挖掘功能基因、解析目标性状形成的分子机理、分子设计和基因工程育种等研究提供应用基础平台。

(3)论文情况。发表论文23篇,其中SCI收录1篇,核心期刊15篇。

(4)技术规程情况。制定发布地方标准4项。

(5)新品种新产品情况。选育马铃薯新品种2个,即淀粉加工型新品种宁薯15号,2014年自治区农作物审定委员会第25次会议审定通过;抗旱高产品种宁薯16号,2016年自治区农作物审定委员会第27次会议审定通过;登记成果2项。

宁薯15号:是2004年用宁薯8号作母本,云南6号作父本进行有性杂交,经无性多代筛选,以及品系观察、品系鉴定、品种比较、区域试验和生产试验选育而成。

宁薯16号:是2006年用宁夏西吉县良繁场育成品种宁薯4号作父本,山西省农科院育成品种晋薯6号作母本进行有性杂交获得实生浆果,于2007年实生籽育苗移栽后收获无性一代组合,组合编号GY06-1-24,2008年进入无性二代选种圃单株选择,后经无性多代筛选,以及品系观察、品系鉴定、品种比较、区域试验和生产试验选育而成。

★育种体系构建情况

初步构建了分子育种技术体系,建立了以试管薯为转化受体材料的马铃薯再生体系;建立了高效遗传转化体系,构建了4个诱导型和特异组织表达型表达载体,获得转HaBADH和HaNAC阳性株系94个,抗旱耐盐性得到显著改善;建立了马铃薯花药培养体系,并从宁薯15号品种中获得花药再生双单倍体植株,进行扩繁成功收获了种薯;利用倍性育种技术创制双单倍体材料1份;利用基因工程技术创制出抗旱、耐盐性显著提高的种质材料14份。克隆了6个与抗逆性和淀粉、蔗糖含量相关的功能基因(StTST、StCWIN、StAGP、StSSS、StNAC72和StTF12),正在上传GEN⁃BNK,并在54份种质材料中初步研究了基因多态性位点与目标性状含量直接的相关性,发现可能与目标性状相关联的多态性位点2处,开发功能标记4对,正在研究总结功能基因对目标形状形成的调控作用机理,验证分子标记的准确性和有效性。登记成果2项。

★试验示范基地等情况

本项目实施主要依托项目单位原州区头营镇徐河村干旱半干旱试验示范基地(原有)和隆德县观庄乡林沟村高寒冷凉作物试验示范,为项目实施奠定了良好基础。(1)2015年,在自治区政府指导下,项目单位坚持高起点、高标准、规范化原则,在隆德县观庄乡林沟村建立高寒冷凉作物试验示范基地1个,面积400亩,目前已投入使用。(2)项目单位原有基地原州区头营干旱半干旱科研基地,是1959年建立的基地,现有耕地面积620亩,其中主要用于马铃薯试验示范土地150亩;2006年国家马铃薯改良中心固原分中心建成马铃薯实验大楼600平方米(配套科研仪器设备200多台)、日光温室2000平方米、玻璃温室400平方米、防虫网室3200平方米㎡,贮藏室1000平方米,主要用于马铃薯种质资源保存鉴定,品种选育,种薯扩繁等。(3)项目主要参与单位固原天启薯业有限公司、宁夏佳立马铃薯产业有限公司,建立稳定核心示范基地2000亩以上,主要用于新品种核心示范。另外,积极加强同西吉县马铃薯产业服务中心、隆德县种子管理站及原州区、海原县农业技术推广服务中心合作,建立新品系区域试验生产试验及展示500余亩。

★人才队伍建设情况

四年来,加强与国内外大专院校和科研院所合作交流,邀请日本岛根大学岩坚和人教授、国家马铃薯中心亚太中心秦军红博士、西北农林科技大学外籍专家陈琴教授和单卫星教授、甘肃农业大学张峰教授、福建农林科学院罗文斌研究员、青海农林科学院张永成研究员、内蒙古农林科学院徐利敏研究员、台湾巨合生物有限公司万宏昱工程师、希森马铃薯产业集团胡博庚总经理等40余人次前来开展学术交流活动,举办学术座谈会10余次;50余人次或参加了美国马铃薯大会等国内外学术交流会,或前往区内外科研院所考察调研;开阔了团队成员眼界,创新能力得到显著提升,为下一步创新研究奠定了基础。

依托项目实施,宁夏农林科学院生物技术研究中心培养分子生物学研究方向硕士研究生3名,其中2人在读;积极推荐2人进入宁夏农林科学院科研骨干培养系统。宁夏农林科学院固原分院支持1名骨干,攻读硕士学位,研究方向马铃薯常规杂交与抗旱栽培;积极推荐3人进入宁夏农林科学院科研骨干培养系统;吸纳两名硕士研究生进入研究团队,作为后备力量培养。另外,组建了囊括科研单位、推广单位、种薯企业、专业合作社为一体的30人的马铃薯育种专业团队,产学研结合,定向培养常规育种骨干5名,生物技术育种骨干5名。

★解决的关键技术

(1)以穿梭育种与联合育种形式,开拓创新资源引进渠道,多途径自中国农科院等单位引进创新性种质资源,为加快项目实施进度奠定了基础。

(2)强化分子标记技术应用,解决了种质资源鉴定过程中遗传距离分析困难的问题,确定了种质资源的倍性的鉴定方法。

(3)首次明确提出了宁夏马铃薯常规杂交育种技术规程,同时基于新品种生产实践配套提出了抗旱栽培、病毒检测技术规程3项,均以标准形式发布,为全区马铃薯产业标准化发展奠定了基础。

(4)构建了高效分子育种体系,建立了马铃薯高效遗传转化体系,获得了抗旱、耐盐性得到显著提高的工程株系,为进一步定向改良、创制种质材料奠定了基础。首次在区内突破了马铃薯花药培养的技术瓶颈,在宁薯15号等4个品种中建立了完整的花药再生植株培养体系,为后续创制马铃薯新品种提供了种质材料和技术支撑。

(5)明确了StAGP、StSSS和StTST等基因在淀粉合成与积累发挥着重要作用,目前已在少量材料中发现了多态性序列位点,进一步挖掘并开发利用该基因,将对马铃薯高产、高淀粉品种的选育将提供理论依据。

(6)积极构建科研单位-生产企业-推广单位新型产学研模式,以问题为导向实现合作方式多样化、深入化、高效化。另外,在马铃薯新品种审定形式变化后,积极沟通,推动组建联合体。

★技术创新成果

(1)在常规种质资源鉴定的基础上,利用分子标记技术对种质资源进行遗传距离分析,缩短了特异种质资源创制的时间和加快了创制种质材料目标性状的定位。

(2)常规杂交结合分子育种技术手段,评价并创制抗旱、抗病、优质、广用途马铃薯种质资源,并对杂交子代进行早期预测,提高了育种效率。选育出适宜本区域推广种植的淀粉及加工型马铃薯新品种宁薯16号,为地方马铃薯产业发展提供了品种支撑。

(3)首次在全区马铃薯花药培养方面实现技术突破及创新,以4个四倍体种质材料建立了完整的花药培养体系,为利用倍性育种技术创制新种质奠定理论技术基础和桥梁亲本材料。以全区主栽马铃薯为受体,建立了受基因型限制小,转化周期由80天缩短至30天以内,转化频率达45%以上的高效遗传转化体系。首次将梭抗逆转录因子HaNAC1基因和渗透势调节基因HaBADH导入马铃薯中,获得多个抗旱耐盐性得到显著提高的转基因工程株系,为创制马铃薯新种质开辟了新途径。

(4)首次在区内利用测序数据制作网页版马铃薯分子研究平台1个,研究结果将为提升共享研究能力、高效挖掘功能基因、解析目标性状形成的分子机理、分子设计和基因工程育种等研究提供应用基础平台。

聚焦总体目标,高起点高水平推进项目科研

★建设、完善马铃薯育种基地,新建基地100亩。

★引进不同类型的优异种质资源600份,鉴定评价资源特性,创制抗逆、高产、优质马铃薯种质材料30—50份。

★创制有重要应用前景的新品种6—8个。新品种核心示范1000亩,累计示范面积20000亩以上。构建育、繁、推科企联动的良种繁育一体化现代种业机制。

★将常规杂交与分子育种结合,建立综合高效育种技术体系。研究开发品质、抗病、耐逆等重要性状基因,筛选精密连锁的分子标记,研究和开发基于分子标记技术的分子育种技术。

★组建20人以上的马铃薯育种研发团队,培养博士研究生1—2名,硕士研究生3—5名,青年科技骨干5—7人,其中常规育种骨干3—4人,生物技术育种骨干2—3人。

★在核心期刊发表研究论文8—10篇。

★以项目为纽带,与国内外科研院所的交流合作。

成果高效转化,产业推广发展前景广阔

★成果应用、转化及产业化情况

项目按照研究—试验—示范的技术路线,坚持产、学、研结合的原则,注重关键技术的研究与开发应用,传统技术与先进技术、实用技术与高新技术的组装配套,优质新品种(系)企业、合作社中的应用推广,实现了研究与生产的有机统一,加大了新品种、新技术示范的力度。依托课题支撑作用,建立了稳定的新品种新技术示范区和试验基地,加快了新品种在生产上的推广应用速度、加快了课题试验研究进度和科研成果的转化速度。2014年-2017年,固原天启薯业有限公司、宁夏佳立马铃薯产业有限公司,根据项目立项初签订的合作协议,在项目单位提供核心种苗后,按照要求积极繁育新品种(系)种薯,提供区域试验与生产,同时协助建立展示与核心示范936多亩,示范18260亩,有力的推动了宁薯16号等成果生产实践,育、繁、推科企联动的良种繁育一体化现代种业机制逐渐形成。

★直接效益和间接效益

累计建立新品种(系)示范19000多亩,核心展示每亩增产300kg以上,示范区每亩增产200kg以上,预计实现经济效益300余万元,直接效益显著。另外,本项目实施选育出优质新品种(系),不仅可以缓解我区马铃薯品种匮乏现状,尤其是宁薯16号的选育,更是填补了相关领域空白,还可以间接带动种薯产业发展,实现农业增效、农民增收。另外,分子育种技术体系的构建,有力的提升马铃薯产业科技支撑。本项目实施还可以加速宁夏实现马铃薯育种工作标准化,带动相关企业及二、三产业的发展,间接效益显著。

★成果推广应用前景

创新育种方法、培育优良专用特色品种、培养产业研究人才,对于促进我区马铃薯产业健康可持续发展,实现粮食增收、农民增产、提升我区马铃薯产业在国内外市场竞争力具有重大意义。本项目形成的一系列诸如总结的效育种技术体系、引进及创制的优质材料、选育的优质新品种(系)等,初步解决了我区马铃薯育种技术落后、种质资源遗传背景窄、产业发展优质专用品种匮乏等现状,部分研究结果以高水平学术论文及标准的形式公开报道,研究结果的可延展性和理论应用性较强,可为我区马铃薯育种和产业发展提供材料基础和技术支撑,应用前景良好。