涼山州馬鈴薯種質(zhì)資源調(diào)研報(bào)告

梅 猛，徐成勇，陳學(xué)才，彭 潔，余麗萍，王西瑤*

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川 成都 611130；2.四川省涼山州西昌農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所高山作物研究站，四川 昭覺(jué) 616150；3.四川省涼山州農(nóng)牧局，四川 西昌 615000）

涼山彝族自治州位于四川省西南山區(qū)，是四川省重要的馬鈴薯生產(chǎn)地區(qū)。涼山州馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)海拔較高，晝夜溫差大、光照充足、工農(nóng)業(yè)污染程度低，生產(chǎn)的馬鈴薯產(chǎn)量高，商品性與口感好。作為涼山州傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)農(nóng)作物，馬鈴薯是廣大農(nóng)民種植業(yè)收入的主要來(lái)源，同時(shí)也是涼山人民喜愛(ài)的糧菜兼用型作物。在穩(wěn)定全州糧食生產(chǎn)方面地位突出，為糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收做出了重要貢獻(xiàn)[1]。

種質(zhì)資源又稱遺傳資源，是具有某些種質(zhì)或基因生物體的總稱，是選育新品種最基本的原始材料[2]。馬鈴薯種質(zhì)資源是馬鈴薯遺傳改良和相關(guān)基礎(chǔ)研究的物質(zhì)基礎(chǔ)，包括野生資源、品系、地方品種、選育品種、遺傳材料等。馬鈴薯種質(zhì)資源的數(shù)量和質(zhì)量，直接影響到種質(zhì)資源的利用和產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展[3]。通過(guò)對(duì)涼山州馬鈴薯種質(zhì)資源現(xiàn)狀調(diào)研，旨在加大對(duì)涼山州馬鈴薯種質(zhì)資源的重視，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)保存種質(zhì)及開(kāi)展遺傳育種研究，進(jìn)而推動(dòng)馬鈴薯育種工作的循環(huán)快速發(fā)展。

1 涼山州馬鈴薯種質(zhì)資源現(xiàn)狀

1.1 選育引進(jìn)品種

涼山州目前推廣使用品種主要包括雜交育成品種、實(shí)生種子后代推廣篩選出的品種以及引種形成的品種。其中雜交育成的代表品種有‘涼薯3 號(hào)’、‘涼薯8號(hào)’、‘涼薯17’、‘涼薯30’、‘涼薯97’、‘川涼薯1號(hào)’、‘川涼薯2號(hào)’、‘川涼薯3號(hào)’、‘川涼薯4號(hào)’、‘川涼薯5號(hào)’、‘川涼薯6號(hào)’、‘川涼薯7號(hào)’、‘川涼薯8號(hào)’、‘川涼薯9號(hào)’、‘川涼薯10號(hào)’、‘川涼芋1號(hào)’、‘西薯1號(hào)’和‘西芋2號(hào)’[4]；實(shí)生種子后代推廣篩選出的代表品種有‘涼薯14’、‘水葫蘆洋芋’、‘內(nèi)蒙洋芋’等；引種的代表品種有‘米拉’、‘大西洋’、‘會(huì)-2’、‘壩薯10號(hào)’、‘合作88’、‘抗青9-1’、‘青薯9號(hào)’、‘費(fèi)烏瑞它’、‘轉(zhuǎn)心烏’等。

1.2 地方特色品種

通過(guò)長(zhǎng)期自然選擇和人工選擇，早期引進(jìn)的馬鈴薯品種已適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境和消費(fèi)習(xí)慣，并具有一定的區(qū)域種植面積[5]。由于涼山州地理氣候環(huán)境特殊，容易形成豐富多彩的地方品種，如‘烏洋芋’、‘牛角洋芋’、‘山道花’和‘紅麻皮’。值得注意的是，涼山州‘烏洋芋’根據(jù)種植地區(qū)不同，有‘布托烏洋芋’、‘昭覺(jué)烏洋芋’和‘喜德烏洋芋’之分，且表現(xiàn)性狀各不一致，存在同一名稱不同品種的情況。

2 研究利用現(xiàn)狀及問(wèn)題

涼山州馬鈴薯種植歷史悠久，早在17世紀(jì)就已種植，并且長(zhǎng)期積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。20世紀(jì)50年代初，就有馬鈴薯研究隊(duì)伍在涼山州開(kāi)展品種選育、栽培管理、病蟲(chóng)害防治、貯藏加工和種質(zhì)資源保存與創(chuàng)新等研究工作[6]。此外，四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、西昌學(xué)院、涼山州西昌農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所等科研機(jī)構(gòu)持續(xù)為馬鈴薯種質(zhì)資源研究助力，培育和引進(jìn)適合涼山州各種生態(tài)類型種植和各種用途的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種。

2.1 環(huán)境變化影響

人類社會(huì)的不斷發(fā)展導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境發(fā)生劇烈變化，例如溫度和降雨，導(dǎo)致部分地區(qū)馬鈴薯病蟲(chóng)害加重發(fā)生，部分地方種未能適應(yīng)劇烈變化，因而造成地方特色品種的銳減甚至消失。因此，必須及時(shí)對(duì)種質(zhì)資源加以保護(hù)，否則將會(huì)給馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成不可彌補(bǔ)的損失。

2.2 地方種以農(nóng)戶自留種為主

涼山州地方特色馬鈴薯基本沒(méi)有脫毒種薯，農(nóng)戶多以自留種為主。一方面，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民多以往年生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)薯塊作為種薯。在復(fù)雜多樣的地理氣候環(huán)境下，自留種在長(zhǎng)期選擇、馴化的過(guò)程中，形成了當(dāng)?shù)靥赜械鸟R鈴薯資源，與其引進(jìn)品種相比，適應(yīng)性更好、品質(zhì)更佳；但另一方面，馬鈴薯連年留種導(dǎo)致種薯退化較為嚴(yán)重，種植過(guò)程中被農(nóng)戶淘汰，部分種質(zhì)資源材料也因此消失。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分農(nóng)戶貯藏意識(shí)不夠，馬鈴薯多堆于自家墻角且混貯現(xiàn)象普遍存在，且貯藏過(guò)程沒(méi)有密切關(guān)注貯藏情況，導(dǎo)致馬鈴薯發(fā)芽、腐爛情況嚴(yán)重。

2.3 馬鈴薯種質(zhì)資源利用率低

2013 年引進(jìn)‘青薯9 號(hào)’，至2015 年發(fā)展到2 800 hm2；2016 年全州馬鈴薯面積15.74 萬(wàn)hm2，‘青薯9號(hào)’面積1.43萬(wàn)hm2；2017年全州馬鈴薯面積15.95 萬(wàn)hm2[7]，‘青薯9 號(hào)’面積6.77 萬(wàn)hm2，占比42.4%。涼山州地方品種‘山道花’、‘紅麻皮’、‘烏洋芋’等品種食用品質(zhì)好，但產(chǎn)量較低，未形成品牌，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益較低；引進(jìn)品種‘青薯9號(hào)’產(chǎn)量高、商品薯率高，受到當(dāng)?shù)卣块T的大力推廣。隨著‘青薯9號(hào)’的大面積推廣，直接導(dǎo)致涼山州自育品種以及地方特色品種種植面積減少；個(gè)別品種基本沒(méi)有種植面積，進(jìn)而導(dǎo)致馬鈴薯種質(zhì)資源的消失。由此導(dǎo)致的種質(zhì)資源單一使得涼山州馬鈴薯遺傳基礎(chǔ)變窄，遺傳脆弱性加大。

2.4 病害防范難度大

黑脛病、晚疫病、癌腫病等病害發(fā)病迅速、根治困難，防范不及時(shí)容易導(dǎo)致絕產(chǎn)絕收。實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，涼山州部分地區(qū)存在馬鈴薯連作、病蟲(chóng)害防治意識(shí)較差、栽培管理不規(guī)范、監(jiān)測(cè)機(jī)制不完善等問(wèn)題，導(dǎo)致病蟲(chóng)害發(fā)生發(fā)展加速，不僅影響馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)，造成部分種質(zhì)資源的喪失，而且有重大疫情出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。

3 保護(hù)利用對(duì)策

3.1 建立現(xiàn)代化種質(zhì)資源庫(kù)

建立完善馬鈴薯種質(zhì)資源庫(kù)是做好馬鈴薯種質(zhì)資源收集、鑒定、評(píng)價(jià)、保存和開(kāi)發(fā)利用的前提條件。馬鈴薯種質(zhì)資源的收集、評(píng)價(jià)、保存及利用，是一項(xiàng)長(zhǎng)期且艱巨的工作，只有通過(guò)建立種質(zhì)資源庫(kù)才能及時(shí)保護(hù)現(xiàn)有資源，并對(duì)其開(kāi)展相關(guān)研究[8]。對(duì)此，應(yīng)充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)科研院所、大專院校的優(yōu)勢(shì)，利用院所校完善的條件對(duì)當(dāng)?shù)伛R鈴薯種質(zhì)資源進(jìn)行莖尖低溫保存以及基因文庫(kù)保存。

3.1.1 試管苗保存

利用組織培養(yǎng)技術(shù)逐漸將資源材料轉(zhuǎn)化成試管苗，并在MS培養(yǎng)基中添加適量B9、矮壯素、甘露醇等可適當(dāng)延長(zhǎng)繼代培養(yǎng)時(shí)間[9]。但試管苗保存種質(zhì)資源需要定期繼代培養(yǎng)，多次轉(zhuǎn)接可能導(dǎo)致材料污染。此外，試管苗在保存過(guò)程中有可能發(fā)生變異，且變異的可能性將隨著保存時(shí)間的延長(zhǎng)而增大[10]。

3.1.2 超低溫保存

植物種質(zhì)資源超低溫保存一般是在液氮（-196 ℃）及液氮蒸汽相（-180～-150 ℃）的超低溫條件下保存植物細(xì)胞、組織或器官。馬鈴薯離體莖尖、體細(xì)胞胚超低溫保存通常采用空氣干燥、包埋脫水、水滴玻璃化等技術(shù)，各種調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞生長(zhǎng)代謝的酶功能在超低溫條件下受到極大抑制，新陳代謝活動(dòng)基本停止，從而達(dá)到長(zhǎng)期保存植物材料的目的。并且超低溫環(huán)境能最大程度避免組織、細(xì)胞繼代培養(yǎng)突變的發(fā)生，是無(wú)性繁殖植物種質(zhì)資源長(zhǎng)期安全保存的方法[10]。

3.1.3 基因文庫(kù)保存

基因文庫(kù)是一組含有不同基因組片段的重組顆粒，將基因組DNA酶切后插入到載體中，并通過(guò)體外包裝并轉(zhuǎn)染大腸桿菌而獲得的。該文庫(kù)包含了基因組內(nèi)全部的基因片段，可存儲(chǔ)基因組的所有序列信息?；蛭膸?kù)保存能克服傳統(tǒng)保存利用效率低、工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度大、占地面積大、不易管理等缺陷，已廣泛運(yùn)用到植物種質(zhì)資源保存中[11]。

3.2 加強(qiáng)種質(zhì)資源保護(hù)宣傳

種質(zhì)資源蘊(yùn)藏著豐富的遺傳基因，是馬鈴薯新品種選育及理論研究工作的物質(zhì)基礎(chǔ)[12]。因此，應(yīng)加大馬鈴薯種質(zhì)資源重要性的宣傳力度，引起政府和農(nóng)業(yè)科研人員的重視。長(zhǎng)期以來(lái)，種質(zhì)資源的收集及保護(hù)由當(dāng)?shù)乜蒲胁块T承擔(dān)，但受經(jīng)費(fèi)和人員的限制造成種質(zhì)資源未能得到有效的保護(hù)和利用。因此，政府部門需加強(qiáng)資金投入與政策引導(dǎo)，保證馬鈴薯種質(zhì)資源保護(hù)和利用工作持續(xù)開(kāi)展。農(nóng)業(yè)科研人員是種質(zhì)資源保護(hù)的主力軍，深入基層開(kāi)展工作中，主動(dòng)收集地方特色馬鈴薯資源，提高馬鈴薯種質(zhì)資源收集效率，做到及時(shí)收集，及時(shí)保護(hù)，避免優(yōu)質(zhì)資源的流失。

3.3 加大種質(zhì)資源使用力度

充分利用資源優(yōu)勢(shì)，選育出農(nóng)民愿接受、鮮食口感好、市場(chǎng)有潛力、推廣潛力大的品種，是對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)科研成效的基本評(píng)價(jià)指標(biāo)。一方面，根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有種質(zhì)資源的鑒定評(píng)價(jià)，從中選擇優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、配合力較好、無(wú)明顯不良性狀的材料進(jìn)行組合，選育新品種；另一方面，可以對(duì)涼山州地方特色資源材料進(jìn)行品種申報(bào)，加強(qiáng)品種權(quán)保護(hù)，并在品種審定后進(jìn)行推廣[13]。李佩華等[14]研究發(fā)現(xiàn)，涼山州馬鈴薯地方種與其他品種遺傳差異大，是較好的育種材料，可為今后育種中親本的選擇提供依據(jù)。針對(duì)涼山州馬鈴薯品種規(guī)劃布局，應(yīng)根據(jù)品種熟期、特性及發(fā)育規(guī)律，因地制宜選擇品種。

此外，應(yīng)加強(qiáng)地方特色品種品牌建設(shè)。據(jù)調(diào)查，市場(chǎng)上一般的馬鈴薯為1.5元/kg，但涼山正宗‘烏洋芋’可賣到10元/kg。在種質(zhì)資源利用上，可適當(dāng)加大地方特色品種的推廣，促進(jìn)增收致富的同時(shí)，能有效避免種質(zhì)資源的喪失。

3.4 拓寬種質(zhì)資源研究深度

種質(zhì)資源蘊(yùn)藏著育種所需要的全部基因，如何發(fā)揮種質(zhì)資源所蘊(yùn)藏基因的作用，關(guān)鍵在于對(duì)種質(zhì)資源的了解程度[15]。因此，需要對(duì)馬鈴薯種質(zhì)資源進(jìn)行全面、系統(tǒng)的鑒定與評(píng)價(jià)。資源評(píng)價(jià)主要包括標(biāo)記輔助種質(zhì)評(píng)價(jià)、離體評(píng)價(jià)、遺傳多樣性分析、統(tǒng)計(jì)已收集資源的冗余和缺失、等位基因挖掘等[16]。充分利用分子標(biāo)記、遺傳圖譜構(gòu)建、QTL精細(xì)定位等分子生物學(xué)和基因組學(xué)技術(shù)，對(duì)馬鈴薯進(jìn)行分子育種，提高親本選擇效率，加快育種進(jìn)程[17]顯得尤其重要和迫切。

3.4.1 現(xiàn)代分子植物育種技術(shù)

（1）分子標(biāo)記輔助選擇育種

分子標(biāo)記輔助選擇育種（Marker assisted selection，MAS），是利用與目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記，準(zhǔn)確鑒定雜種后代不同個(gè)體的基因型，從而進(jìn)行輔助選擇育種[18]。此外，分子輔助選擇育種可以克服重復(fù)利用隱形基因和同時(shí)聚合多個(gè)目標(biāo)基因的難度，從而提高育種效率和水平[19]。在馬鈴薯育種研究中，已開(kāi)發(fā)一批抗蟲(chóng)、抗晚疫病、抗病毒病、早熟、塊莖休眠等性狀的標(biāo)記[20]，育種家可通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇，有目的的將標(biāo)記基因?qū)朐耘喾N中以改良栽培種的性狀。

（2）轉(zhuǎn)基因育種

轉(zhuǎn)基因育種是利用重組DNA技術(shù)，通過(guò)遺傳轉(zhuǎn)化將功能明確的基因?qū)胧荏w品種的基因組，并使其表達(dá)期望的性狀。由于克隆的基因可來(lái)自任何物種，所以能打破基因在不同物種間交流的障礙，克服傳統(tǒng)育種方法難以解決的問(wèn)題[18]。馬勝等[21]用草銨膦噴施轉(zhuǎn)Bar基因馬鈴薯，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因株系葉色濃綠，生長(zhǎng)正常，未轉(zhuǎn)基因植株全部死亡。周壯志等[22]將cry3A和vhb雙基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯中表達(dá)，研究表明轉(zhuǎn)雙基因馬鈴薯株系可能具有更好的抗蟲(chóng)和耐澇性能。馬鈴薯轉(zhuǎn)基因育種研究應(yīng)遵守相關(guān)法律法規(guī)，并做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與檢測(cè)。

3.4.2 馬鈴薯功能基因分析

農(nóng)作物的性狀受相應(yīng)的基因控制，作物育種與改良實(shí)際上就是基因的轉(zhuǎn)移與重組。通過(guò)結(jié)合傳統(tǒng)的基因發(fā)掘手段，將植物基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)的研究成果充分運(yùn)用于發(fā)掘作物基因資源中蘊(yùn)藏有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值與理論價(jià)值的基因[23]，從而開(kāi)展作物遺傳改良工作。目前在馬鈴薯中發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)量、品質(zhì)、抗晚疫病、抗青枯病、抗病毒病、抗旱、耐霜凍密切相關(guān)的基因[24]。Zhang等[25]研究發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因CHS，F(xiàn)3H，DFR，GST，F(xiàn)3'5'H 和ANS在有色馬鈴薯塊莖花青素生物合成中發(fā)揮重要作用。此外，還鑒定了4個(gè)新的轉(zhuǎn)錄因子MYB11207，MYB47415，MYB79714 和bHLH31926。其通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，特別是MYB47415在馬鈴薯塊莖中花青素合成中發(fā)揮重要作用。曹紅菊[26]對(duì)馬鈴薯7個(gè)環(huán)境下的馬鈴薯塊莖進(jìn)行休眠期統(tǒng)計(jì)，最終將休眠期QTLs定位在了2號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、9號(hào)、10號(hào)和11號(hào)染色體上，可通過(guò)對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行分析得到差異表達(dá)基因，進(jìn)而獲得調(diào)控休眠期的候選基因，探究馬鈴薯塊莖休眠的分子機(jī)制。

3.5 防范重大病蟲(chóng)害

3.5.1 建立病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)體系

馬鈴薯病蟲(chóng)害具有多變性和突發(fā)性，因此有必要加強(qiáng)馬鈴薯病蟲(chóng)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，建立田間病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)體系[27]。利用現(xiàn)代信息技術(shù)與智能終端，對(duì)田間小氣候檢測(cè)儀進(jìn)行布置，構(gòu)建農(nóng)作物重大病蟲(chóng)害數(shù)字化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)，提高病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警能力[28]。

3.5.2 加強(qiáng)綜合防治技術(shù)的推廣

馬鈴薯病害種類多，來(lái)源廣，因此應(yīng)加快抗病種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)，加強(qiáng)與玉米等作物的輪作。同時(shí)，結(jié)合物理防治、化學(xué)防治、生物防治及優(yōu)化栽培措施等技術(shù)進(jìn)行綜合防治[27]。政府部門及農(nóng)技推廣人員應(yīng)提高農(nóng)民病蟲(chóng)害防治意識(shí)，指導(dǎo)農(nóng)民進(jìn)行科學(xué)防控，并對(duì)農(nóng)戶進(jìn)行貯藏培訓(xùn)，使農(nóng)戶掌握貯藏保鮮技術(shù)。