过去，种植一亩地马铃薯需要200公斤薯块。今后，仅需2克种子。
6月24日晚，国际顶级学术期刊《细胞》杂志在线报道了中国科学家在杂交马铃薯领域取得的突破性进展，这项名为“优薯计划“的科研项目由中国农科院深圳农业基因组研究所黄三文团队提出并实施，他们成功培育出第一代杂交马铃薯，实现了从0到1的突破。
中国泛用品种为60年前育成
马铃薯是世界上最重要的块茎类粮食作物，全球有13亿人口以马铃薯为主食。与谷物类粮食作物不同，栽培马铃薯是依靠薯块进行无性繁殖的同源四倍体物种。由于四倍体遗传的复杂性，马铃薯的遗传改良进程缓慢，一些上百年历史的马铃薯品种仍然在广泛种植。
例如，美国的薯条加工型品种Russet Burbank是1902年育成的，至今仍是美国的第一大品种。中国栽培面积最大的品种“克新1号”是1958年育成的，至今已经种植了60多年。马铃薯产业面临的挑战是薯块的繁殖系数低、储运成本高、易携带病虫害。
杂交种子替代薯块繁殖
回溯“优薯1号”杂交马铃薯诞生之路
为了彻底解决马铃薯产业面临的问题，在农业农村部、中国农科院和深圳市的支持下，基因组所黄三文研究员联合云南师范大学等国内外优势单位发起了“优薯计划”，即运用“基因组设计”的理论和方法体系培育杂交马铃薯，用二倍体育种替代四倍体育种，并用杂交种子繁殖替代薯块繁殖。这是马铃薯育种和繁殖的新底层技术，是对马铃薯产业的颠覆性创新。
中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员张春芝表示，传统马铃薯育种周期非常长，要10到15年；而且育种不可预测。“现在借助基因组工具，把基因组全部进行检测，相当于每个基因都很清楚它是什么样子的，所以这种选择是非常精确而快速的。”
目前，二倍体育种已经成为全球马铃薯界的研究热点，荷兰、中国和美国等国的科学家纷纷呼吁开展二倍体的研究和育种工作。
实现二倍体杂交马铃薯育种要克服两个关键障碍：自交不亲和与自交衰退。前者指植物自花授粉后不会产生种子的现象，后者指生物在自交之后出现生理机能的衰退，表现为生活力下降、抗性减弱、产量降低等。在前期研究中，黄三文团队通过基因组编辑技术、系统解析、基因大数据等科学手段，解决两大问题。
在此基础上，黄三文团队借助在基因组学研究方面的优势，利用基因组大数据进行育种决策，建立了杂交马铃薯基因组设计育种流程，主要包括四个环节：
1
第一步是用于培育自交系的起始材料的选择，选择的标准是起始材料的基因组杂合度较低和有害突变数目较少；
2
第二步是起始材料自交群体的遗传解析，主要是根据全基因组偏分离分析和表型评价，确定大效应有害等位基因和优良等位基因在基因组中的分布；
3
第三步是自交系的选育，根据前景和背景选择淘汰大效应的有害突变，并聚合优良等位基因，尤其是要打破大效应有害突变和优良等位基因之间的连锁；
4
最后一步是杂交种的选育，根据基因组测序的结果，选择基因组互补性比较高的自交系进行杂交，获得杂种优势显著的杂交种。
“优薯1号”产量杂种优势显著
蒸煮品质佳
利用上述流程，该团队已经培育出了第一代高纯合度（>99%）二倍体马铃薯自交系和杂交马铃薯品系“优薯1号”。小区试验显示，“优薯1号”的产量接近3吨/亩，具有显著的产量杂种优势。同时，“优薯1号”具有高干物质含量和高类胡萝卜素含量的特点，蒸煮品质佳。
中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员黄三文表示，跟荷兰、美国的科学家相比，深圳科学家最大的创新在于基因组设计工具的掌握和开发利用，“我们拥有的这套全基因组设计育种工具，能够把自交系的纯度提高到接近100%，目前欧洲的程度只能达到80%左右。”
袁隆平曾点赞“优薯计划”
称其为颠覆性创新
“优薯计划”也是著名农学家、“杂交水稻之父”袁隆平院士关心的一项科研项目。2020年11月，黄三文团队带着第一代基因组设计育种获得二倍体马铃薯杂交种子，专程拜访了袁隆平院士，向他详细介绍了“优薯计划”研究取得的突破性进展。袁隆平认为，用杂交种子替代薯块繁殖，可有效解决马铃薯重大产业难题。
“我国南方有几亿亩冬闲田适宜种植马铃薯，在水稻收获后，其中一部分可以再种植一季杂交马铃薯。”黄三文表示，杂交马铃薯除了做口粮或者饲料，也能为粮食安全提供额外保障。
当时袁隆平听取汇报后十分开心，他说马铃薯用种子繁殖不仅可以解决生产中病毒病危害的问题，还能解决种薯储运的难题。
种植一亩马铃薯只需两克种子
五年内有望大规模投产
此次“优薯1号”的成功选育，证明了杂交马铃薯育种的可行性，使马铃薯遗传改良进入了快速迭代的轨道。几千年来马铃薯都是依靠薯块繁殖栽培的，以前种植一亩地马铃薯需要200公斤的种薯；现在每亩地只需要两克种子。
据透露，科研人员已经开始进行小规模实验，希望能够解决大规模用种子播种所涉及到一些诸如种子育苗、移栽等问题，把产业化所需要的一些技术提前进行储备，计划5年之内储备完之后，就开始大规模产业化的进程。
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来源| 深圳卫视深视新闻
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