创新木薯开花调控技术 打破亚热带地区育种难题

创新木薯开花调控技术  打破亚热带地区育种难题

                                          ——记2021年度广西科技进步二等奖“木薯开花调控和杂交育种关键技术创新及应用”

    据悉，广西亚热带作物研究所自主研发的项目“木薯开花调控和杂交育种关键技术创新及应用”，在2022年广西科学技术奖励大会上荣获2021年度广西技术发明奖二等奖。

    木薯与马铃薯、甘薯并列为世界三大薯类作物，是世界上 1/7 人口的主粮，具有高产、易栽培的特点。木薯于19世纪20年代传入中国，其主要分布于热带和亚热带地区，在我国主要分布在海南、云南、广西、广东等热带亚热带地区。其中，广西因其优越的区位优势和最适宜木薯种植的自然条件，是我国最大的木薯产区，年种植面积260万亩，约占全国65%。

    中国木薯生产一直困扰于规模化和机械化程度低、品种退化、单产低、投入低、成本高、经济效益低、供需不平衡等严重问题。一直以来，作为国内木薯主产区的广西等亚热带地区，种植木薯存在开花难、花期偏迟及开花性别比例严重失衡问题，无法开展杂交选育、导致双高木薯品种缺乏、生产效益低。因此，提高木薯产量，保障国内木薯原料的有效供应等问题亟待解决。

木薯开花调控技术

十年探索  潜心科研  

    从近十年国际和国内木薯生产现状看，国际上生产规模不断扩大且日益集中，国内需求始终保持旺盛态势，木薯原料缺口巨大。然而在我国木薯生产过程中存在一些制约产业发展的突出问题，俞奔驰团队在调研中发现，由于木薯是原产于热带地区的作物，亚热带地区自然条件下木薯存在不开花或花期偏迟受冷空气影响而不结籽，以及开花性别比例严重失衡的问题，严重影响广西等亚热带地区的木薯育种进程。

    且木薯杂交育种存在盲目配制亲本，获得优势杂种后代概率低，优势后代鉴定筛选难度大的现状，育种工作需要花费大量的人力、物力和财力，投入大、周期长、效率低。生产上缺乏广适性、高产、高淀粉木薯新品种，主栽品种只高产或只高粉，且因长期连种，种性退化严重。栽培技术水平低，生产中的良种、良法严重脱节，高效节本增效技术推广不足，综合性栽培技术措施不完善、不配套、不规范，农民劳动强度大，致使木薯种植成本高而收益低，产业失去了竞争优势。

    木薯因生产效益低、竞争力弱，种植面积逐年萎缩，木薯原料供求矛盾日益突出。仅广西就由高峰期的1000多万亩降至低迷期的220万亩。因此，从2011年开始，俞奔驰带领着团队潜心研究，无论是低温湿冷的寒冬，还是烈日炎炎的酷暑，总是能在各处的试验地里看到他们辛勤的身影，为的就是早日研究出木薯开花调控技术。一晃眼，这个项目就历经了十年之久……

俞奔驰带领团队在试验地指导木薯杂交育种技术

突破瓶颈  攻坚克难

    广西属于亚热带地区，一直以来由于气候原因难以开展木薯杂交育种技术，解决“卡脖子”和“命门”问题，关键还是要靠自主创新。

    俞奔驰团队以解决木薯杂交育种技术难题，提高杂交育种效率，选育突破性双高新品种，实现节本、高效、增值生产，提升产业竞争力为目标。着重从木薯开花花期调控、两性花育种方法、杂交育种后代高效选择等关键技术研发，以及广适性、高产、高淀粉木薯新品种培育，节本高效轻简化栽培技术创建等方面开展系列研究。 

    亚热带地区木薯杂交育种的关键在于三个核心技术，一是木薯开花花期调控技术，二是两性花育种方法，三是嫁接预测杂种优势技术。“实验步骤对不对？研究方向行不行？这条路还要不要走下去？”在科研起步阶段，俞奔驰团队的每一位科研工作者都产生过这种疑问。科研创新路上，没有人能给出确定的回答，包括探索者自己，唯有日复一日地尝试。

    长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。历经了“黄金十年”，俞奔驰团队终于不负众望，突破了亚热带地区不能开展木薯杂交育种的技术瓶颈，推动了我国木薯育种科技进步；依托研发的育种关键技术，创制了突破性杂交新种质，培育的广适性双高木薯新品种桂热11号及集成的新品种配套高效栽培技术（模式）在广西等亚热带地区广泛推广应用，提升了木薯的产量和品质，促进了产业节本、增效、增值，对木薯产业竞争力的提高和可持续发展具有良好的促进作用。

成功培育出木薯新品种桂热11号

木薯开花  硕果累累

    俞奔驰团队首创研发了“一种木薯开花调控技术”，获国家发明专利授权，解决了亚热带地区木薯开花难的技术难题。围绕广西等亚热带地区木薯花期偏迟，无法开展杂交育种的问题，首创了“一留、二促、三摘”的木薯开花花期调控核心技术。自2009年以来，经10多年试验，首次在大田大面积调控开花成功，所有木薯品种均能实现5-9月开花两次，提早3-4个月，开花率高达100%；诱导木薯成花质量好，雌花多。自然条件下成花，单花穗雌花0-2朵，该技术诱导雌花平均4-6朵，可授粉时间延长15天，有利于克服花期不遇的难题。该技术不但解决了亚热带地区木薯不开花或花期迟的问题，还解决了热带地区部分品种不开花的难题。

    首创发明了木薯两性花诱导及其育种利用技术，获国家发明专利授权，是木薯育种的重大技术突破。针对木薯自然开花雄花多、雌花少，性别比例严重失衡，获得杂交种子少的问题，项目研发了“一喷、二摘、三补”的木薯两性花调控核心技术。利用该技术首次诱导出木薯两性花（花粉正常型和花粉败育型2种类型两性花）。

    首创两性花育种利用方法，填补了国内外技术空白。利用花粉正常型两性花进行同花自交，是最高效的木薯自交纯化途径（木薯花药离体培养未见成功报道）；利用花粉败育型两性花作为母本进行杂交育种，是木薯领域首创技术，该技术使单穗可授粉母花从0-8朵增加至上百朵，甚至诱出全穗两性花，可使木薯单穗种子增加2-100粒，攻克了自然开花和以往调控开花存在的可授粉母花数量少、育种效率低的问题，是木薯杂交育种史上的重大技术突破。

    开创性育成了广西首个通过国家审定的双高杂交木薯新品种。围绕广适性、高产、高淀粉选育目标，利用项目成果技术开创性育成了广西首个通过国家审定、广适性、高产、高淀粉的双高杂交木薯新品种“桂热11号”。桂热11号是广西首个通过国家审定的杂交木薯新品种，实现了亚热带地区木薯杂交育种零的突破。 

木薯诱导催花育种技术在亚热带地区广泛应用

依托关键技术  应用遍布国内外  

    木薯杂交育种关键技术被国内外同行借鉴、应用，在国内外建立了36个杂交育种平台，对木薯育种产生重大影响。

    在国内，广西南宁建立了我国最大的木薯杂交育种制种示范基地，破解了广西等亚热带地区以往木薯杂交育种依靠引进国外种质的种业“卡脖子”难题。木薯杂交育种关键技术得到广泛应用，桂林市农业科学研究中心引进后建立杂交育种圃，参试的15个木薯品种均成功诱导开花，成花效果显著，打破了木薯在桂林自然条件下不能进行杂交育种的技术瓶颈；中国热带农业科学院引进，分别在海口和儋州应用，各点建立杂交圃，参试木薯材料25个，均成功诱导开花并分别获得数千粒自交种子和杂交种子，解决了部分品种（系）开花难的问题，提高了育种效率；云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所引进在云南保山应用，建立杂交育种圃，参试的16个木薯主栽品种均能在每年9月30日前成功诱导开花，每年获得杂交种子10500粒以上。

    在国外，美国康奈尔大学以项目形式支付了10.8566万美元获得专利使用权；国际热带农业中心引进在哥伦比亚卡利地区应用，晚花品种结籽实现零突破，增加结籽17.2粒/株。国际热带农业中心木薯首席育种科学家Heman Ceballos 博士在 Original Research 刊载文章《 Effect of Pruning Young Branches on Fruit and Seed Set in Cassava 》( 2020 年 7 月第 11 卷 1107 号文章)对木薯开花调控技术给予高度评价。

热作所  麦荷供稿/俞奔驰供图  李军审核

责任编辑：薛臣艺