我国马铃薯品种创新现状及发展建议

优良品种是马铃薯产业高质量发展的基础。本文对我国马铃薯基础性研究、育种目标、品种登记现状和更新换代情况进行了概述,分析了面临的突破性品种缺少、品种抗病性差、创新动能不足等问题,提出了加大种质资源保护、严格品种登记、扶持种业企业、深化展示评价等措施建议,以期为深入实施种业振兴行动、推动马铃薯产业高质量发展、助力脱贫地区乡村全面振兴提供参考和借鉴。

基于RGB颜色空间评价马铃薯块茎绿化程度

马铃薯是世界上最重要的作物之一,块茎作为马铃薯的商品器官,块茎绿化严重影响马铃薯商品品质,造成大量的资源浪费。建立一种方便快捷的块茎绿化评价方法,对于马铃薯种质资源鉴定和块茎品质评价具有重要意义。本研究基于提取块茎颜色空间特征,结合RGB颜色空间色差分析,对15个马铃薯四倍体和二倍体品种(系)材料的绿化趋势和绿化程度进行了系统评价。供试材料块茎在25℃条件下,125μmolm–2s–1光照强度下,中薯2号、中薯18号、中薯19号、Atlantic、Favorita和Kondor的绿化速度较快,HS66的绿化速度较慢。在光照处理9 d后,块茎色差值趋于稳定,在光照处理13d后,不同品种绿化程度差异明显,其中Favorita的绿化程度最大,中薯28号的绿化程度最小。本研究建立的基于RGB颜色空间的马铃薯块茎绿化评价方法能够准确区分不同品种(系)的绿化速度和绿化程度,该方法简便、高效,结果可靠,为精准评价块茎绿化程度并进行相关分析提供了技术方法参考。

马铃薯薯形发育的组织细胞学研究

薯形是马铃薯重要的农艺性状之一,马铃薯块茎形状在块茎发育的早期就已确定。选取长、圆薯形的马铃薯,在匍匐茎弯钩期、次顶端膨大期、块茎形成初期、块茎形成期4个块茎发生时期,制备石蜡切片并进行组织细胞学观察,研究长、圆薯形块茎发生时内部的形态变化。结果表明:匍匐茎弯钩期髓部组织的细胞层数差异可能是造成长、圆薯形差异的主要原因,而匍匐茎弯钩期可能是造成薯形差异的关键时期。

水分胁迫对不同熟性马铃薯生理特性的影响

为了明确水分亏缺对不同熟性马铃薯生长发育的影响。采用盆栽试验,研究4种土壤相对含水量(W1,75%~85%;W2,55%~65%;W3,35%~45%;W4,15%~25%)对不同熟性的7个马铃薯品种株高、叶绿素相对含量、各器官鲜质量、光合特性、产量及水分利用率的影响。结果表明,所有水分胁迫下,早熟品种株高、胞间CO_(2)浓度平均下降幅度均大于晚熟品种。重度干旱胁迫(土壤相对含水量15%~25%)下早熟品种单株结薯数量与单株产量平均下降幅度均大于晚熟品种,而净光合速率、蒸腾速率、气孔导度平均下降幅度均小于晚熟品种。综合各指标可知,在轻中度干旱胁迫(土壤相对含水量35%~85%)下早熟和晚熟马铃薯品种均可种植;重度干旱胁迫下,更适宜栽培晚熟马铃薯品种。

二倍体马铃薯抗旱相关指标筛选

马铃薯是重要的粮菜饲料兼用作物,在我国主要分布在干旱和半干旱地区,干旱严重影响马铃薯的产量。因此,筛选抗旱资源、培育高产抗旱马铃薯品种至关重要。本试验首先对包含121个基因型的二倍体马铃薯群体进行抗旱性评价,依据抗旱系数将所有基因型分为5类。其中高抗旱材料16份,高旱敏感材料14份,进一步从各类别中分别选择1个基因型进行不同水分处理,测定株高、光合作用和叶绿素荧光相关指标及产量等,并计算各指标与产量和抗旱系数的相关性。结果表明:不同水分条件下,随着马铃薯的生长发育和干旱胁迫的加重,各指标与产量及抗旱系数的相关性会发生变化。因此,在筛选高产抗旱材料时,某些指标的测定需要在特定时期进行;盆栽条件下,基质相对含水量为35%~45%时,各基因型抗旱系数与大田的抗旱系数相关性最高,且在该水分处理下与抗旱系数显著相关的指标最多;现蕾期Height和Chl、盛花期P_WUE和Tr与产量显著相关,可以用来初步判断各基因型产量的高低;盛花期基质相对含水量为75%~85%时,P_WUE与抗旱系数显著正相关,可以用来区分所选基因型抗旱性的强弱。

基于联合分析方法的二倍体马铃薯群体抗旱性评价

马铃薯是世界第四大粮食作物,其在应对世界粮食危机和营养不良等问题方面具有重要作用。马铃薯属于浅根系作物,我国马铃薯主要种植在干旱半干旱地区,其生长受干旱影响显著。因此,培育抗旱品种对保证旱区马铃薯产量、提高水资源利用率具有重要意义。本研究分别在2019-2020年于网棚、大田、抗旱棚3个环境设正常灌溉和水分亏缺2个水分处理,在收获时分别测定各处理下二倍体马铃薯群体各基因型的产量并计算抗旱系数,通过差异显著性分析、相关性分析、方差分析和双标图分析等联合分析了该群体在3个环境下的抗旱性,结果表明:2020年大田试验和2020年抗旱棚试验反映了群体各基因型在较轻程度干旱胁迫下的抗旱能力;2019年网棚试验反映了群体各基因型在较重程度干旱胁迫下的抗旱能力。在2种不同干旱胁迫程度下抗旱等级均一致的基因型有58个,占群体总数的47.93%。本研究为马铃薯群体重复多次的抗旱性评价提供了一定的理论依据;筛选出的抗旱性材料可为后期研究马铃薯抗旱关键基因的定位、克隆及抗旱机制的解析奠定坚实的基础。

温度影响马铃薯块茎形成的研究进展

块茎是马铃薯的商品和营养繁殖器官,而温度是影响块茎形成最重要的环境因素之一。针对温度对马铃薯块茎诱导和起始、膨大和成熟生长发育阶段表型变化的影响,对光合特性、源库平衡和渗透调节物质等生理生化变化影响,对调控块茎形成的光周期、植物激素、sRNA和糖类物质通路的影响,以及马铃薯耐热性评价和遗传改良研究等方面进行了综述,以期为了解马铃薯块茎形成过程中温度调控机理和培育耐热马铃薯品种提供参考。

基于2b-RAD测序的四倍体马铃薯熟性相关的分子标记开发

马铃薯熟性是由多基因控制的数量性状,是我国不同栽培区划选择适宜品种的重要指标之一。本研究以晚熟品种中薯18号和早熟品种中薯5号及其F_(1)分离群体为材料,2018—2019年连续2年对“中薯18号(母本)×中薯5号(父本)”杂交分离群体进行熟性评价,从中筛选出极端晚熟和极端早熟的基因型各30个,并分别构建极端晚熟和极端早熟基因组DNA混池。利用简化基因组2b-RAD(2b-restriction site-associated DNA)技术测序,寻找差异标签开发出3个与熟性连锁的分子标记SCARA2-2、SCARA4-21和SCARA5-16,3个分子标记联合使用对熟性分离群体子代进行验证,晚、早熟表型符合率分别到达了87.5%和93.0%,这些分子标记的开发和联合使用对辅助马铃薯熟性选择具有重要的参考价值。

马铃薯氮素诊断研究进展

以氮素诊断技术发展为主线,系统地综述了马铃薯氮素诊断的研究进展,评述了国内外马铃薯氮素诊断方法研究及应用现状,比较了基于植株和土壤的氮素诊断方法的优势与不足,为马铃薯氮素精准管理研究和应用提供理论参考。构建低成本、空间覆盖全的氮素诊断体系,结合植株和土壤的氮素状态精准施氮是精准田间管理的有效手段。

适合马铃薯块茎计算机断层扫描原位观察的栽培基质筛选

土壤的不透明性阻碍了马铃薯块茎生长过程的直接可视化,而计算机断层扫描(Computed tomography,CT)技术可避免破坏性取样,实现植株地下生长过程实时连续观测。为了筛选马铃薯块茎CT成像效果好的栽培基质,对6种不同含水量基质的CT成像效果、数据提取效果和植株生长状态进行了对比分析。结果显示,过筛草炭的植株地上部分生长状况最佳,过筛草炭、蛭石与过筛草炭混合两种类型基质中块茎干、鲜质量最高。除蛭石基质以外,其他基质成像效果均随含水量降低而改善,但基质含水量过低导致植株无法正常生长。相同含水量条件下,过筛草炭的扫描背景杂质最少、成像效果最佳,可获得更清晰的CT图像。因此,在适宜植株正常生长的含水量条件下,即20%左右含水量条件下,过筛草炭是适合CT扫描观测马铃薯块茎生长发育的栽培基质。

水氮耦合对马铃薯光合特性、块茎形成和品质的影响

采用抗旱棚盆栽试验,以‘中薯18号’‘中薯28号’为材料,设定3种施氮与灌溉水平(低氮、中氮、高氮;水分亏缺、水分正常、水分过量),研究不同水氮处理对株高、块茎形成、光合特性、块茎质量和品质的影响,筛选最佳水氮组合。结果表明,不同水分处理下,低氮促进了匍匐茎次顶端膨大,使块茎形成期提前,但最终未能形成高产。正常和过量水分下,两品种叶片气孔导度、净光合速率、叶绿素相对含量、株高均随着施氮量的增加而增加。同一水分处理下,地下部(地下茎和根)鲜质量、茎和叶的鲜质量均随施氮量的增加而增加。两品种在水分正常高氮处理下单株块茎质量为711.1 g、637.2 g,且此处理下两品种的净光合速率、产量水分利用效率、块茎淀粉与粗蛋白含量均达到最高水平。因此,马铃薯生育期宜采用水分正常高氮处理。

不同夜间温度处理对马铃薯试管薯及块茎形成相关基因表达的影响

为探究不同夜间温度处理对马铃薯试管薯形成的影响,以7个马铃薯品种或材料的试管苗为试材,在昼/夜温度分别为23℃/13℃、23℃/18℃和23℃/23℃条件下进行试管薯的诱导培养,调查记录试管薯初始结薯时间、结薯率和结薯方式变化,并分析不同夜间温度处理下试管薯初始形成植株及同期未形成试管薯植株参与块茎形成相关基因的表达量变化。结果表明,对于大多数基因型,与其他处理相比,23℃/13℃处理显著延长试管薯初始结薯时间,23℃/23℃处理降低结薯率,而23℃/18℃处理结薯较早且试管薯结薯率平均达84.3%,最利于试管薯形成。夜间温度可通过影响生物钟、糖代谢和光周期通路中StFKF1、StCO1和StSWEET1等相关基因的表达而调控块茎形成。