四川甘薯現(xiàn)代綠色薯業(yè)技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀與未來(lái)研究重點(diǎn)

屈會(huì)娟， 王 平， 沈?qū)W善*， 潘海平， 王曉黎， 黃靜瑋， 蒲志剛

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 生物技術(shù)核技術(shù)研究所， 四川 成都 610066； 2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 四川 成都 610066； 3.成都大學(xué)， 四川 成都 610106)

我國(guó)是世界最大甘薯生產(chǎn)國(guó)，四川是中國(guó)最大甘薯生產(chǎn)省[1-2]。發(fā)展甘薯產(chǎn)業(yè)對(duì)增加綠色食品供給、促進(jìn)農(nóng)民脫貧增收具有重要作用。為持續(xù)推動(dòng)甘薯科技創(chuàng)新，四川省配合國(guó)家甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，啟動(dòng)了四川薯類(lèi)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目，在甘薯育種、栽培、植保、貯藏、加工等方面開(kāi)展重點(diǎn)研究[3-4]。2014—2018年，四川薯類(lèi)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)以提升甘薯現(xiàn)代綠色薯業(yè)技術(shù)創(chuàng)新為目標(biāo)，開(kāi)展技術(shù)研發(fā)與示范推廣，累計(jì)獲部省級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)3項(xiàng)，市級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。目前，四川甘薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢(shì)較好，專(zhuān)用品種不斷發(fā)展，加工利用方式發(fā)生很大改變，但總體來(lái)說(shuō)還存在著投入嚴(yán)重不足、品種混雜退化、良繁滯后、耕種粗放及加工轉(zhuǎn)化增值差等方面的問(wèn)題，其中優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用新品種推廣不力、脫毒種薯(苗)應(yīng)用差表現(xiàn)尤為突出。鑒于此，對(duì)四川薯類(lèi)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在近5年(2014—2018年)甘薯產(chǎn)業(yè)上的主要科技創(chuàng)新進(jìn)行總結(jié)與歸納，并提出未來(lái)5年(2019—2023年)的研究展望，旨在為四川甘薯發(fā)展指明方向，以促進(jìn)四川乃至全國(guó)甘薯綠色薯業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1四川甘薯現(xiàn)代綠色薯業(yè)技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀

1.1優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用型綿薯系列品種的選育與應(yīng)用

1.1.1提出以“帶蔓收獲、綜合評(píng)判和多點(diǎn)鑒定”為核心內(nèi)容的專(zhuān)用型品種選育新方法該選育方法的核心內(nèi)容是地下地上產(chǎn)量相互參照，T/R(冠根比值)大于1.5的品種不宜選留；基部分枝5～8個(gè)，單株結(jié)薯4～6個(gè)，最長(zhǎng)蔓100～300 cm，莖粗0.65～0.74 cm是選留品系的最佳性狀；帶蔓收獲確保選擇的最佳效果。

1.1.2選育的品種具有胡蘿卜素含量和花青素含量高的突出特點(diǎn)2014—2018年，選育出的食用品種綿薯8號(hào)鮮薯的胡蘿卜素含量為12.48 mg/100g，是四川省已審定品種中胡蘿卜素含量最高的品種，達(dá)國(guó)家高胡蘿卜素類(lèi)型品種的鑒定標(biāo)準(zhǔn)。綿紫薯9號(hào)[5]鮮薯的花青素含量為76.53 mg/100g，是四川省已審定品種中花青素素含量最高的品種。

1.1.3制定專(zhuān)用型品種高產(chǎn)高效栽培技術(shù)規(guī)程以“一控兩增”為核心的淀粉型甘薯栽培技術(shù)規(guī)程，大幅提高甘薯產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度在20%以上。以地膜覆蓋為核心的食用甘薯栽培技術(shù)規(guī)程解決了甘薯地下害蟲(chóng)嚴(yán)重、商品薯率不高等問(wèn)題，提高商品薯產(chǎn)量，增加種植效益。以“早育早栽、蘸根免澆”為核心的甘薯輕簡(jiǎn)化栽培技術(shù)規(guī)程，解決甘薯栽插后澆水費(fèi)工、勞動(dòng)強(qiáng)度高的瓶頸問(wèn)題。

1.2甘薯高β-胡蘿卜素生物強(qiáng)化育種與應(yīng)用

針對(duì)四川傳統(tǒng)食用甘薯品種β-胡蘿卜素含量低的情況，篩選出49份高胡蘿卜素甘薯材料，建立以集團(tuán)雜交、輪回選擇和定向生物強(qiáng)化為核心的綜合育種技術(shù)體系，2014—2018年選育β-胡蘿卜素生物強(qiáng)化甘薯品種2個(gè)。其中，南薯010在區(qū)域試驗(yàn)中產(chǎn)量達(dá)33 527.70 kg/hm2，較對(duì)照(南薯88)增產(chǎn)5.14%，β-胡蘿卜素含量達(dá)15.80 mg/100g；南薯012在區(qū)域試驗(yàn)中產(chǎn)量為24 600.85 kg/hm2，薯形美觀，食味品質(zhì)特優(yōu)，β-胡蘿卜素含量達(dá)10.42 mg/100 g。

1.3優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用甘薯產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與集成推廣

1.3.1提質(zhì)增效關(guān)鍵栽培技術(shù)研究2014—2018年，篩選出淀粉加工型、食用型、紫肉食用型、高花青素加工型優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用甘薯新品種16個(gè)，創(chuàng)新“壯苗、增密、高壟、增鉀”提質(zhì)增效4項(xiàng)關(guān)鍵栽培技術(shù)，系統(tǒng)研究紫色薯和高淀粉薯產(chǎn)量、品質(zhì)、生理和栽培特性，集成創(chuàng)新紫色薯和高淀粉薯提質(zhì)增效栽培技術(shù)體系；集成創(chuàng)新早春食用薯和夏秋淀粉薯1年2季甘薯周年生產(chǎn)新型種植模式。

1.3.2提質(zhì)增效精深加工關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)新紫薯營(yíng)養(yǎng)成分保護(hù)技術(shù)，研發(fā)紫薯加工制品護(hù)色新工藝；創(chuàng)新優(yōu)質(zhì)淀粉加工專(zhuān)用甘薯淀粉粉絲和全粉精深加工提質(zhì)增效新工藝；研發(fā)甘薯全粉、全薯粉絲、薯泥、快餐營(yíng)養(yǎng)粉和甘薯非油炸方便面五大系列主食加工新產(chǎn)品。

1.3.3創(chuàng)新甘薯成果轉(zhuǎn)化新模式闡明優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用甘薯品種創(chuàng)新三環(huán)模型(研發(fā)創(chuàng)新環(huán)、孵化創(chuàng)新環(huán)、市場(chǎng)創(chuàng)新環(huán))和技術(shù)創(chuàng)新五級(jí)價(jià)值轉(zhuǎn)化增值(項(xiàng)目化增值、產(chǎn)權(quán)化增值、產(chǎn)品化增值、產(chǎn)業(yè)化增值及資本化增值)原理；建立“構(gòu)建技術(shù)創(chuàng)新鏈-延伸產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈-提升科技價(jià)值鏈”三鏈聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)機(jī)制和市場(chǎng)導(dǎo)向的甘薯產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)行模式。建立甘薯三級(jí)脫毒種薯高效快繁體系；加強(qiáng)新品種優(yōu)質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)化原料基地建設(shè)，實(shí)現(xiàn)甘薯主食工業(yè)化產(chǎn)品和品牌創(chuàng)新，培育壯大甘薯產(chǎn)業(yè)化龍頭企業(yè)和全國(guó)知名甘薯專(zhuān)業(yè)合作社。

2四川甘薯現(xiàn)代綠色薯業(yè)未來(lái)五年(2019—2023年)研究重點(diǎn)

2.1推進(jìn)優(yōu)異種質(zhì)利用與特色專(zhuān)用品種選育

2.1.1挖掘甘薯核心基因資源，豐富品質(zhì)育種遺傳背景加強(qiáng)對(duì)甘薯近緣野生種資源的利用，發(fā)掘其高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等核心優(yōu)異基因資源。通過(guò)集團(tuán)雜交、輪回選擇、群體改良、近交系育種等，篩選出自交親合性較好的親本進(jìn)行自交、回交，選擇配合力好的高淀粉、高類(lèi)胡蘿卜素、高花青素含量、高抗病的近交系作為骨干親本材料，然后再利用其他品種(系)與近親系雜交產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而培育新品種。

2.1.2選育特色優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用型甘薯新品種食用型甘薯品種選育中，鮮食和蒸煮品種要求含糖量高，薯肉呈紅色、紫色、白色或黃色，干物質(zhì)含量中等，粗纖維少；烘烤型品種要求干物質(zhì)含量略低，糖分和果膠含量高，成品色澤亮麗，質(zhì)地透明柔韌，口感香甜。上述類(lèi)型都應(yīng)選育一批特早熟食用品種，以滿足甘薯周年生產(chǎn)供給的市場(chǎng)需求。加工型品種選育中，高淀粉品種著重選擇薯塊淀粉含量高、出粉率高等特性；薯片薯?xiàng)l加工品種著重選擇薯肉呈紅至黃色，干物率中等，還原糖低，粗纖維少，食味好等特性；花青素色素加工品種要求花青素含量高，色價(jià)高，干物率高，產(chǎn)量高等特性。適宜機(jī)械化作業(yè)的品種以短蔓、結(jié)薯淺、薯形好、機(jī)械收獲損傷率低、傷口愈合強(qiáng)、抗病性強(qiáng)為育種性狀選擇重點(diǎn)[6-7]。

2.2加強(qiáng)生物技術(shù)在甘薯育種中的應(yīng)用

2.2.1開(kāi)展甘薯分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究將測(cè)序技術(shù)應(yīng)用到甘薯分子標(biāo)記研究中[8]，大量發(fā)掘甘薯序列水平的遺傳多態(tài)性標(biāo)記，檢測(cè)基因組水平的基因型差異。以測(cè)序數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，大量開(kāi)發(fā)與相關(guān)功能基因關(guān)聯(lián)的SSRs、SNPs等分子標(biāo)記，通過(guò)篩選、驗(yàn)證擴(kuò)增穩(wěn)定、多態(tài)性豐富的分子標(biāo)記，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)甘薯基因芯片，利用芯片對(duì)甘薯控制淀粉合成相關(guān)酶、花青素合成相關(guān)酶、抗病性及抗逆性等重要農(nóng)藝性狀相關(guān)基因進(jìn)行研究。

2.2.2開(kāi)展甘薯基因克隆和功能解析研究一是將測(cè)序、基因編輯等新技術(shù)應(yīng)用到甘薯功能基因克隆中去[9]，探索高效、快捷的甘薯功能基因克隆新方法，不斷豐富甘薯功能基因克隆的數(shù)量和種類(lèi)；二是對(duì)優(yōu)異甘薯及其近緣屬種質(zhì)資源開(kāi)展篩選和鑒定工作，充分利用近緣野生種創(chuàng)制具有優(yōu)異農(nóng)藝性狀的中間材料，利用分子生物學(xué)技術(shù)克隆其重要基因并應(yīng)用到育種中。

2.3研究脫毒種薯技術(shù)與建設(shè)良繁體系

2.3.1甘薯脫毒種苗高效擴(kuò)繁關(guān)鍵技術(shù)研究2011年以來(lái)，四川部分地區(qū)發(fā)現(xiàn)甘薯SPVD復(fù)合病毒。SPVD浸染可使莖葉和鮮薯產(chǎn)量分別降低69.9%和49.1%。為此，需加大脫毒種薯種苗高效擴(kuò)繁關(guān)鍵技術(shù)研究和集成，大力推廣脫毒種薯擴(kuò)繁高產(chǎn)栽培技術(shù)，降低種薯繁育成本和市場(chǎng)價(jià)格。

2.3.2構(gòu)建甘薯三代脫毒種薯繁育體系建立以政府為引導(dǎo)、企業(yè)為主體、科研為支撐、基地為依托的市場(chǎng)化甘薯良繁體系[10-11]。統(tǒng)一實(shí)行原原種(苗)、原種(苗)和生產(chǎn)種(苗)三代脫毒種薯繁育體系。全省甘薯脫毒基礎(chǔ)苗由國(guó)家甘薯改良中心南充分中心統(tǒng)一供給。加強(qiáng)自育品種資源利用，提高自育品種的生產(chǎn)利用率。

2.4周年綠色生產(chǎn)技術(shù)體系研究與示范

2.4.1研究特色甘薯提質(zhì)增效栽培的關(guān)鍵技術(shù)在“小麥/玉米/普通甘薯”的基礎(chǔ)上，研究套作和凈作條件下特色專(zhuān)用甘薯提質(zhì)增效栽培關(guān)鍵技術(shù)[12]。一是甘薯安全生產(chǎn)技術(shù)，研究氮肥減量高效施用、增施鉀肥、專(zhuān)用配方肥以及肥料種類(lèi)、施用量和施用時(shí)期對(duì)甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響；二是甘薯水肥高效利用技術(shù)[13-14]，研究水肥高效品種篩選、改土培肥、抗旱保水、壯苗培育、群體優(yōu)化等對(duì)甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響；三是有機(jī)甘薯生產(chǎn)技術(shù)，研究專(zhuān)用有機(jī)肥、保水劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等新產(chǎn)品對(duì)有機(jī)甘薯生產(chǎn)中產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

2.4.2構(gòu)建甘薯多熟種植新模式與周年生產(chǎn)供應(yīng)體系優(yōu)化特早熟品種提早育苗關(guān)鍵技術(shù)[15]，在溫室、普通大棚和小拱棚等不同條件下，通過(guò)不同加溫措施，實(shí)現(xiàn)甘薯育苗所需的生長(zhǎng)條件，研究不同條件下生產(chǎn)成本、產(chǎn)苗數(shù)量、薯苗質(zhì)量的差異。優(yōu)化“早春甘薯-夏秋甘薯”種植模式，集成以春甘薯早栽早收關(guān)鍵技術(shù)為核心，結(jié)合夏秋甘薯高產(chǎn)高效栽培和安全貯藏技術(shù)的甘薯周年生產(chǎn)供應(yīng)體系[16]。

2.5構(gòu)建主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械化技術(shù)體系

2.5.1研究甘薯栽培主要環(huán)節(jié)機(jī)械化的關(guān)鍵技術(shù)甘薯的移栽、收獲是最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)[17-18]，其用工量占生產(chǎn)全過(guò)程65%左右。目前，甘薯種植高性能機(jī)械化聯(lián)合收獲與機(jī)械化移栽是迫切需要突破的瓶頸。以引進(jìn)為主篩選適宜四川省甘薯栽培的中小型移栽機(jī)、收獲機(jī)[19]，解決甘薯主要環(huán)節(jié)機(jī)械化的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2.5.2研究集成甘薯機(jī)械化栽培技術(shù)規(guī)程加強(qiáng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，集成四川丘陵區(qū)甘薯機(jī)械化栽培技術(shù)規(guī)程[20]，重點(diǎn)包括適宜機(jī)械化甘薯品種篩選、集約化育苗、甘薯機(jī)械配置和優(yōu)化、機(jī)械化操作規(guī)程。重點(diǎn)研究關(guān)鍵流程：秸稈粉碎、旋耕→起壟→秧蔓粉碎還田→薯塊收獲。

2.6建立輕簡(jiǎn)化綠色綜合防控技術(shù)體系

2.6.1篩選抗病優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)甘薯品種研究不同土壤類(lèi)型、區(qū)域氣候、種植模式和市場(chǎng)需求下，甘薯品種的抗病性、適應(yīng)性及高產(chǎn)潛力等，篩選不同生態(tài)區(qū)適宜的抗病高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用型甘薯新品種。加強(qiáng)甘薯黑斑病抗性的遺傳基礎(chǔ)研究[21-22]，抗源材料的收集、篩選和創(chuàng)新，利用新抗源材料進(jìn)行有性雜交，聚合抗病基因，培育抗病品種。

2.6.2建立綠色安全生產(chǎn)綜合防治技術(shù)體系在SPVD復(fù)合病毒產(chǎn)量損失、病毒檢測(cè)、莖尖脫毒培養(yǎng)、健壯種苗快繁和種苗帶藥移栽等方面進(jìn)行深入研究[23]；研究窖貯甘薯黑斑病、干腐病的發(fā)病規(guī)律和防控機(jī)制；嚴(yán)防甘薯蟻象的引種輸入[24]；明確甘薯葉甲的世代變化、遷飛特性、危害特性等；研究不同時(shí)期施藥對(duì)地下害蟲(chóng)的防治效果；運(yùn)用超低容量噴霧等技術(shù)，開(kāi)展“高效、低毒、低殘留”環(huán)境友好型農(nóng)藥篩選。集成以培育脫毒健壯種苗帶藥移栽關(guān)鍵技術(shù)為核心，有機(jī)融合生物、化學(xué)、物理綜合防治和高產(chǎn)高效栽培模式的輕簡(jiǎn)化綠色綜合防控技術(shù)體系[25]。

2.7挖掘調(diào)控塊根萌芽特性的關(guān)鍵基因

2.7.1解析甘薯塊根萌芽生理調(diào)控過(guò)程挖掘調(diào)控關(guān)鍵基因不同甘薯品種萌芽強(qiáng)弱差異明顯，新材料綿12-25-1在11月初收獲時(shí)就已開(kāi)始萌芽，屬于萌芽性極強(qiáng)的特殊材料。比較萌芽性強(qiáng)的品種(綿12-25-1)和萌芽較弱的品種(南薯88)分別在13℃和25℃環(huán)境的基因表達(dá)變化趨勢(shì)，尋找因溫度促進(jìn)塊根萌芽所引起的生理過(guò)程和基因表達(dá)差異。

2.7.2探究生長(zhǎng)素、赤霉素和油菜素內(nèi)酯對(duì)塊根萌芽調(diào)控機(jī)理轉(zhuǎn)錄組測(cè)序揭示生長(zhǎng)素、赤霉素和油菜素內(nèi)酯與綿12-25-1強(qiáng)萌芽特性密切相關(guān)，探究這3種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)塊根萌芽及壯苗的影響，建立與早栽技術(shù)配套的促進(jìn)塊根萌芽和壯苗的方法[26]。

2.8研究主食化加工產(chǎn)品與加工新技術(shù)

2.8.1研究甘薯方便即食食品關(guān)鍵技術(shù)及新產(chǎn)品重點(diǎn)開(kāi)發(fā)甘薯饅頭、面條、米粉、原薯制品等主食新產(chǎn)品[27-28]，開(kāi)展基于擠壓重組技術(shù)的甘薯方便主食品加工關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究。突破低溫沖泡復(fù)水技術(shù)和復(fù)合品質(zhì)改良技術(shù)，集成預(yù)糊化、擠壓重組、防粘連造粒成型、干燥和包裝等成套生產(chǎn)技術(shù)裝備，開(kāi)發(fā)甘薯方便面、甘薯方便米粉、甘薯方便粉絲系列食品。

2.8.2研發(fā)甘薯莖尖特色營(yíng)養(yǎng)蔬菜篩選甘薯莖尖食用型品種，建立其品質(zhì)評(píng)價(jià)體系；研究莖尖的貯藏保鮮物流技術(shù)，增強(qiáng)其耐儲(chǔ)藏性，延長(zhǎng)其貨架期；從護(hù)色、干燥等工藝方面，研究全營(yíng)養(yǎng)莖尖脫水蔬菜及甘薯莖尖粉生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合四川飲食習(xí)慣開(kāi)發(fā)其應(yīng)用產(chǎn)品。

3結(jié)語(yǔ)

2014—2018年四川薯類(lèi)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用型綿薯系列品種的選育與應(yīng)用、甘薯高β-胡蘿卜素生物強(qiáng)化育種與應(yīng)用、優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用甘薯產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與集成推廣方面取得較多的成果。為進(jìn)一步改善四川甘薯產(chǎn)業(yè)中存在的投入嚴(yán)重不足、品種混雜退化、良繁滯后等現(xiàn)狀，在未來(lái)5年(2019—2023年)，四川薯類(lèi)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)研究?jī)?yōu)異種質(zhì)利用與特色專(zhuān)用品種選育、生物技術(shù)在甘薯育種中的應(yīng)用、脫毒種薯技術(shù)研究與良繁體系、周年綠色生產(chǎn)技術(shù)體系、主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械化技術(shù)體系、輕簡(jiǎn)化綠色綜合防控技術(shù)體系、調(diào)控塊根萌芽特性的關(guān)鍵基因、主食化加工產(chǎn)品與加工新技術(shù)等8個(gè)方面，在優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用新品種選育、脫毒種薯種苗高效擴(kuò)繁、綠色安全簡(jiǎn)化高效生產(chǎn)、甘薯產(chǎn)品精深加工等關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化，提升四川甘薯鮮薯和加工制品的質(zhì)量和效益，從而推動(dòng)四川甘薯綠色薯業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。