如今的科技發(fā)展可以做到這一點(diǎn)。我國科學(xué)家通過基因組設(shè)計(jì)培育出雜交馬鈴薯，并用雜交種子繁殖替代傳統(tǒng)的薯塊繁殖。那么改良后的馬鈴薯能否解決病蟲害等問題，在口感上又會(huì)發(fā)生什么樣的變化呢？何時(shí)能用上馬鈴薯種子呢？
央視節(jié)目《透視新科技》四集系列片《育種新說》第二集“馬鈴薯的新生”邀請(qǐng)到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員黃三文和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員王韌，為大家?guī)碓敿?xì)介紹。
馬鈴薯用薯塊繁殖的由來
馬鈴薯原產(chǎn)于南美的安第斯山脈，在自然界中，野生的馬鈴薯主要是二倍體，它既可以用種子繁殖，也可以用莖塊（薯塊）繁殖。但是野生的馬鈴薯個(gè)頭很小，產(chǎn)量也很低。
在幾千年前，以馬鈴薯為食的印第安人為了得到高產(chǎn)的馬鈴薯，他們就把吃不完的馬鈴薯埋在地里，等它發(fā)芽、開花、結(jié)果。
在自然馴化的不斷改良選擇中，原本二倍體的馬鈴薯突變?yōu)樗谋扼w，個(gè)頭變大，產(chǎn)量也提高。從此，人類馴化之后的馬鈴薯一直用薯塊繁殖后代。
為什么不用種子繁殖馬鈴薯？
以人來舉例，人屬于二倍體，其中一倍體來自于父親，另外一倍體來自于母親，人有兩套染色體，水稻和玉米也是二倍體。
而野生的馬鈴薯是二倍體，在栽培過程中突變成了四倍體，也就是說馬鈴薯有四套染色體。這導(dǎo)致馬鈴薯種子高度分離，從四倍體上收集的種子再播種下去之后，長出來的樣子可能千姿百態(tài)，很難保持優(yōu)良性狀。
正是由于馬鈴薯本身的特性，所以育種特別困難，培育新品種需要花費(fèi)很長時(shí)間，以至于在美國，100年前的一個(gè)老品種還在繼續(xù)種植，這在其他作物上比較少見。
而今，科學(xué)家又是如何通過基因組設(shè)計(jì)培育出馬鈴薯新品種呢？
新品種第一代種子如何培育出來的？
根據(jù)遺傳學(xué)規(guī)律，要想培育出一個(gè)馬鈴薯的優(yōu)良品種，需要找到馬鈴薯可以互補(bǔ)的母本和父本優(yōu)良的基因進(jìn)行組合。
然而傳統(tǒng)的四倍體馬鈴薯是靠莖塊種植，無法利用基因組設(shè)計(jì)出性狀穩(wěn)定的馬鈴薯種子，于是我國的科學(xué)家利用二倍體馬鈴薯進(jìn)行基因組設(shè)計(jì)，改良了馬鈴薯的基因，培育出了馬鈴薯種子。
在這個(gè)研究過程中，科學(xué)家面臨兩個(gè)“卡脖子”問題：
一是自交不親和，指植物自花授粉后不會(huì)產(chǎn)生種子。
四倍體用種子繁殖的話，無法實(shí)現(xiàn)一致性，所以只能切塊繁殖，也就是無性繁殖。不同的薯塊之間屬于同一套基因，這樣就實(shí)現(xiàn)了一致性。但有性繁殖的話，必須要把四倍體變成二倍體。二倍體有一個(gè)特點(diǎn)，即自交不親和性，就是自己跟自己授粉接不了種子，所以首先要打破這個(gè)自交不親和性。
通過基因組編輯技術(shù)敲除了控制馬鈴薯自交不親和的基因，篩選到了這一基因的天然突變體，并克隆了來自野生種的自交親和基因，徹底解決了自交不親和的問題。
二是自交衰退，指生物在自交之后出現(xiàn)生理機(jī)能的衰退。
這就好比近親不能結(jié)婚，否則會(huì)導(dǎo)致很多遺傳疾病。由于長期無性繁殖，馬鈴薯累積了大量隱性有害突變。一旦自交后，這些突變就會(huì)顯現(xiàn)出來，導(dǎo)致“自交衰退”。通過基因分析，科學(xué)家把這些有害基因進(jìn)行了淘汰。
克服了這兩大障礙，科學(xué)家才培育出來整齊一致的馬鈴薯二倍體的種子。
▲“優(yōu)薯1號(hào)”
種子繁殖馬鈴薯有哪些優(yōu)勢(shì)？
第一，降低農(nóng)民的種植成本。馬鈴薯種子體積小，重量輕，一畝地只需2克種子。如果用馬鈴薯原薯來種的話，大概需要500斤。馬鈴薯種薯的價(jià)格大概是1元/斤左右，種薯成本在500元左右。而使用種子的話，成本預(yù)計(jì)會(huì)大大降低。
對(duì)于非洲一些國家來說，馬鈴薯的年消費(fèi)量和種植量都在快速上升，例如，盧旺達(dá)、馬拉維馬鈴薯每年的人均消費(fèi)量達(dá)到112公斤，而當(dāng)?shù)貨]有鐵路，公路交通又不方便，用種子的話能方便農(nóng)民生產(chǎn)。
第二、育種速度會(huì)大大加快。如果用四倍體育種，周期是10-15年，但是用種子育種，周期縮短到3-5年，只有之前的1/3。
第三、和傳統(tǒng)種植方式相比，使用種子繁殖能夠節(jié)省大量馬鈴薯種薯用田。
第四、薯塊種植容易感染病蟲害，其中影響最大的就是馬鈴薯晚疫病，它能通過薯塊帶菌傳播。直至今天，晚疫病仍然是馬鈴薯生產(chǎn)中的一大問題，一般會(huì)造成減產(chǎn)20%-40%，嚴(yán)重時(shí)甚至絕收。除了晚疫病以外，馬鈴薯還會(huì)受到其他病害的侵?jǐn)_。和薯塊繁殖相比，在病蟲害的防治上，用種子繁殖是一個(gè)非常有力的突破點(diǎn)。
“優(yōu)薯1號(hào)”表現(xiàn)如何？
新培育出的雜交馬鈴薯是否已經(jīng)大面積推廣種植了呢？目前研究結(jié)果已從實(shí)驗(yàn)室走到了實(shí)驗(yàn)田，培育出的“優(yōu)薯1號(hào)”在田間實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出色。
它的畝產(chǎn)量高，和傳統(tǒng)品種接近，在2.5-3噸/畝，具有顯著的產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)。
該品種干物質(zhì)含量比較高，一般的馬鈴薯品種干物質(zhì)含量大概在20%，優(yōu)薯1號(hào)大概能達(dá)到26%左右，吃起來面面的，口感好。
這個(gè)品種含有大量的胡蘿卜素，顏色金黃，營養(yǎng)價(jià)值高。
還有哪些技術(shù)難關(guān)需要突破？
下一步，新品種還要從實(shí)驗(yàn)田走進(jìn)農(nóng)民的生產(chǎn)田。“優(yōu)薯1號(hào)”還需要改良抗病性和光周期的適應(yīng)性，讓雜交馬鈴薯不僅能在南方栽培，還能在北方栽培。同時(shí)，飼料性專用的馬鈴薯品種也正在科學(xué)攻關(guān)過程中。
據(jù)規(guī)劃，“優(yōu)薯計(jì)劃”已完成了第一個(gè)“五年計(jì)劃”，接下來的第二個(gè)“五年計(jì)劃”和第三個(gè)“五年計(jì)劃”將分別解決產(chǎn)業(yè)化涉及的關(guān)鍵問題，開始小規(guī)模推廣，以及培育出一系列滿足市場(chǎng)需求的新品種，并大面積推廣。未來將會(huì)有更多馬鈴薯食用性品種及飼料性專用品種問世。
來源丨CCTV-10科教頻道 中國蔬菜綜合整理
編輯丨農(nóng)財(cái)君
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