第674期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《育种新说（2）马铃薯的“新生”》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——育种新说（2）马铃薯的“新生”
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：黄三文，中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员。
王 韧，中国农业科学院研究员。
讲座时间：2025年6月16日～6月22日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——育种新说（2）马铃薯的“新生”
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。马铃薯在人类的主食当中占有重要的地位，但是传统的种植方式都是把这土豆切成块进行种植，很少有人见过用种子来种植马铃薯，如今的科技发展可以做到这一点了，这个变化到底会给我们带来什么好处呢？我们通过短片来进入今天的节目。马铃薯是世界上最重要粮食作物之一，也是全球的第四大主粮，全球有13亿人口以马铃薯为主食。在19世纪中期，爱尔兰地区约200万英亩农地里种植的马铃薯几乎全部生病腐烂在地里，使爱尔兰暴发了马铃薯大饥荒，约有100多万人死于这场灾荒，导致爱尔兰失去四分之一的人口。发生这场灾荒的原因是当时的马铃薯易携带病虫害，而感病之后的马铃薯无法采收等问题。为了改良马铃薯品种，从19世纪中期开始，人类一直在尝试用种子来替代茎块种植，然而却迟迟未能成功。随着分子育种技术的诞生，近年来我国科学家通过基因组织设计，培育出用种子种植的马铃薯新品种，那么改良后的马铃薯能否解决病虫害等问题？在口感上又会发生什么样的变化呢？我们首先给大家介绍一下今天请来的两位嘉宾，一位是中国农业科学院深圳农业基因组研究所的研究员黄三文，欢迎您黄先生！另外一位是中国农业科学院研究员王韧，欢迎两位！
在主粮的行业当中，直接反应出来的就是小麦、水稻、玉米这些东西，因为它比较常见，比较大众化。实际上土豆、马铃薯，好像不在普通人的想象范围之内，这是为什么？马铃薯是125个国家，大概13亿人的主粮，在咱们中国正在成为主粮，还不是主粮。因为在中国大部分，还说土豆丝是一种蔬菜，在西北、西南山区，还是很多地方是把它当主粮的，但是在欧洲、美洲，那马铃薯就是主粮，地地道道的主粮。至于在中国，为什么它没有早成为主粮，是因为中国农业的传统，咱们国家是驯化了水稻，在南方有水稻，北方有小麦。小麦因为它是从小亚细亚，现在的中东被驯化的，它传到中国的时间也比较早，大概公元六七千年前，传到了中国黄河流域，所以它成为咱们国家的主粮也比较早。马铃薯传到中国就比较晚了，大概是在明朝的末年传到中国，所以中国种植马铃薯的历史，跟水稻和小麦比起来就比较晚一些，所以接受程度确实我们老百姓已经习惯了南方人吃水稻，北方人吃小麦、面粉、面条有个习惯的问题。
这个马铃薯最早是什么样的？它是原产于南美的安第斯山脉，祖先种马铃薯是一个薯块很小，并且它有一种苦涩味物质，叫龙葵碱，也是有毒的，所以野生的马铃薯又小又不好吃，在驯化过程中是南美安第斯山脉的农民，先民们把马铃薯驯化了，然后就把它的薯块变大了，也不苦了，这个是在公元前五千到七千年左右就完成了。在利马就是秘鲁的首都，那儿有一个叫作国际马铃薯中心，那个中心就收集保藏了六千五百份当地的，就是安第斯山脉这块采集的马铃薯的叫遗传资源。野生的种类有107种，栽培的品种有4种，品种有野生种、农家种，那我当年去看的时候很吃惊，我看到的不是种子，那种子很小我看不着，都是各种形状，奇奇怪怪的白的、黄的、紫的、红的，各种洋芋或者叫马铃薯。那几千份在那儿保存着，它保存实际上是组织培养或者是种子。公元前八千年到公元前五千年的时候，秘鲁人就学会了怎么种马铃薯和吃马铃薯了，然后，但从那个时候开始他们也没有发明出来一种说能够用种子繁殖，他们进化这么几千年过来，实际上就是用薯块。
为什么小麦、水稻，其他庄稼蔬菜都得用种子来种，马铃薯不能这样呢？马铃薯因为它本身的特性，育种特别困难，新品种出来一个要很长时间，所以包括在美国现在仍然有使用了一百年的一个品种，在农业科技上或者品种上、种业上是非常少见的现象。水稻和玉米是二倍体，小麦叫异源六倍体，也相当于是个广义的二倍体，野生的马铃薯是二倍体，在栽培过程中，它天然加倍了变成一个四倍体，比方我们人是二倍体，我们其中一倍体是来自于父亲，一倍体是来自于母亲，我们有两套染色体。那马铃薯有四套染色体，坏处是它的种子高度分离的，从四倍体上收的种子一播下去以后，它长得都千姿百态，但是在农业上有一个重要的要求，必须一致，这个就实现不了，没有农业应用的价值了。我们通过短片去了解一下。在自然界中，野生的马铃薯主要是二倍体，它既可以用种子繁殖，也可以用茎块繁殖，但是野生的马铃薯个头很小，产量也很低。在几千年前，以马铃薯为食的印第安人为了得到高产的马铃薯，他们便会把吃不完的马铃薯埋在地里，等它发芽、开花、结果。在自然驯化的不断改良选择中，原本二倍体的马铃薯突变为四倍体，个头变大，产量也提高。从此，人类驯化之后的马铃薯一直以茎块繁殖后代。而今，科学家又是如何通过基因组设计，培育出具有抗病能力的马铃薯新品种呢？
那为什么历史上这么多年来大家都在吃马铃薯，他们就没有想到用种子来替代薯块种植？上世纪五十年代，实际上我们国家也就开始了，用我们讲就是用种子来种，这里原有一个核心的遗传学上的问题，那个种子是四倍体的种子，所以它种下去以后，再长出来的后代分离得非常厉害，就千奇百怪不一致，所以很难保持。品种的一致性比较差，优良的性状保持不下去，当时那个四倍体，我们讲叫作实生种子的种植，1978年还获得过我们国家的科学技术进步奖。当时那个技术也还推广到了全国种了几十万亩，四十多万亩，但是就坚持不下去了，这个其实有一个原因，是随着基因组学技术的发展，发展到今天我们能够以很快的速度，还有计算能力，能够搞明白一个作物它的整个的基因组。比如说马铃薯，三万九千个基因都在什么位置，我们都能搞明白，过去是没有这样的，这是最近二十年技术，第一个人类基因组搞明白的，那是用了十三年的时间，六个国家的科学家花了三十八亿美元，2002年当时宣布这件事情搞完，你看这才二十年。
培育马铃薯第一代种子是怎么出来的？我是2005年初回国的，那时候就想做这件事，但是因为对马铃薯的基因了解得很少，这件事没法做，一直到2011年我参与组织的国际马铃薯基因组协助组，把马铃薯的所有基因全部解析出来以后，我们才拥有了我们做这件事的工具，所以我们的方法叫基因组设计育种。从2011年前后到现在也有大概十几年，正式做是从农业部支持我们是从2016年开始做的。马铃薯有三万九千个基因，我们对大概四百多份，马铃薯农家品种进行了基因分析，每年我们大概都要播种上百万的种子，通过基因分析挑到好的组合，好的个体，把它的好的基因组合在一起，这个过程就叫基因组设计。我们之所以能够比我们在欧洲和美国的同行们，在这个马铃薯种子化这个过程走得更加快一些，是因为我们掌握了最先进的基因组分析技术。聊到这个话题，我们看看记者编辑的相关的短片。1953年，科学家沃森和克里克发现了DNA分子的双螺旋结构，从而揭开了每个生物体表现出的特性是由其内部的DNA决定的，并能通过DNA片段遗传给下一代的。随着基因测序技术的日渐成熟，科研人员了解了马铃薯的特定性状基因之后，就能对它的某些遗传基因进行设计组合，从而培育出马铃薯的新品种。如今改用种子种植的马铃薯，有哪些优良特性呢？
为什么用种子种植马铃薯，全世界的顶尖科学都在研究，这么难呢？我们跟袁老先生杂交水稻是一样的，袁隆平先生做的是杂交水稻，我们做的是杂交马铃薯，跟他的概念完全一样。第一个四倍体用种子繁殖的话，它就实现不了一致性，所以只把它切块繁殖，这叫无性繁殖，不同的切块之间，不同的薯块之间是同一套基因，这样就实现了一致性。但有性繁殖，必须要把四倍体变成二倍体，这个二倍体它有一个特点，叫自交不亲和，它自己跟自己授粉，结不了种子，所以首先我们要打破它的自交不亲和，怎么弄？自交不亲和是由两个基因控制的，其中一个基因是锁，另外一基因是钥匙，但是奇怪的是这个植物自己的钥匙打不开自己锁，必须要利用别人的钥匙才能打开自己锁。首先就是要用别人的钥匙打开这个锁，这个现象必须克服掉。我们首先是有两套方法，第一个把这个锁破坏，那你就可以自己跟自己授粉了。第二个我们找到一个万能钥匙，这个万能钥匙能开任何锁，我们通过这两个技术就把自交不亲和的问题克服掉了，那么你要获得父本和母本，第一个是打破自交不亲和，第二步是要淘汰叫自交衰退基因，就是近亲不能结婚，是因为导致很多遗传疾病，是因为一些有害基因，两个有害基因组合在一起了，它就能体现出它的破坏性效果出来。所以这些有害基因要在马铃薯里面淘汰掉，通过基因分析，把这些有害基因淘汰掉，等于克服了两大障碍，一个是自交不亲和，一个是自交衰退，我们才培育出来，我们整齐一致的，马铃薯的二倍体的种子。说到这儿，我们来了解一下马铃薯的种子是如何培育的？
根据遗传学规律，要想培育出一个马铃薯的优良品种，需要找到马铃薯可以互补的母本和父本优良的基因进行组合。然而传统的四倍体马铃薯是靠茎块种植，无法利用基因组设计出性状稳定的马铃薯种子。于是我国的科学家利用二倍体马铃薯进行基因组设计，改良了马铃薯的基因，培育出了马铃薯种子。那么，马铃薯种子又有哪些优势呢？其实用种子种跟用茎块来种，它的区别是什么？首先的好处是这个种子的体积特别小，重量特别小，一亩地两克就够了。如果用马铃薯原薯来种呢？大概两百公斤，你算一下种薯的价格，大概是一块钱一斤（0.5公斤）左右，两百到两百五十公斤，就要五百到六百块钱。那种子呢？因为种子就可以当地生产，不用比如说我们从南方种，它不需要从东北、内蒙去运种薯过来，它成本应该预计会大大地降低，我希望的价格是一百块钱一亩左右。就大大降低了成本？对，因为种薯的生产是需要在冷凉地区进行的，我们国家甘肃、定西，还有内蒙古那儿的一个非常重要的一个农业的支柱产业就是生产种薯，每年拿火车一车一车地从北方拉到南方来种马铃薯。钟薯它就是这样，刚才我们算一算，一亩地如果是两百到两百五十公斤，一车皮六十吨，能种多少亩地？三百亩左右。要是一千亩呢，恐怕就得上千辆车皮运种薯。
如果是种子，这不就解决了吗？非洲这些年来对马铃薯的消费和种植，都在快速地上升，马拉维、尼日利亚，还有像卢旺达。卢旺达、马拉维人均消费马铃薯都达到了112公斤每人每年，那就远远高于全球的平均水平，也高于中国，但是他们那儿的问题更大，为什么呢？种薯繁殖，一亩地要用二百到二百五十公斤，又没有铁路，公共交通又不方便，这一车皮的种薯，也就是三十亩地差不多。就更方便了当地的农民。另外它的育种速度会大大地加快，二倍体种子育种，它的周期是3－5年，用薯块四倍体育种是10－15年，但是种子从播种跟薯块直接播种，这个还是有一些区别的，种子播种大概还需要它的生育期会长30天到40天，所以目前在北方还不是特别好，因为北方的生长季节是比较短的，在南方可以，南方生产季节的弹性会比较大一些，也可以集中育苗，比较小的面积先育苗，等那个季节到了以后再移栽。当然我们也在通过一些育种的策略，缩短它的生育期，还有个繁殖系数的问题，马铃薯用种薯繁殖，大概你种一个薯块，只能收上来十个薯块左右，这是一比十到十五的繁殖系数。但是种子呢？种子种一粒种子可以收上来大概一万粒种子，一比一万，所以我们事实上能够跟传统的比，我们能够节省大量的种薯用田。大概以前是一比十，假设我要种一亿亩地的马铃薯，我需要一千万亩地的种薯田。用种子种的话，大概只需要一万亩，还有薯块种植也容易感染病虫害。晚疫病是一个薯块带菌的这么一个病害，实际上到今天晚疫病仍然是马铃薯生产中间的一个大问题，它可以引起20%到40%，一般情况下减产，那么严重的时候甚至绝收，长出来那个苗它就烂掉了，那么这是薯块繁殖的话，就有这么个问题。那么，除了晚疫病还有其他的病，所以病害是个大问题。那么种子才是干净的，杂交种的种子它就不像薯块一样，它不带病菌，所以在病虫害的防治上，这个可能是一个非常有利的突破点。那聊到这个话题，我们看看记者编辑的相关的短片。
在2012年至2013年期间，马铃薯的晚疫病在甘肃、湖北等省出现，有近80%的马铃薯受损，直接经济损失达7000万元，导致马铃薯平均市场价格翻了一番。这也让育种科学家意识到，只有尽早培育出马铃薯新品种，才能从根本上解决马铃薯的病虫害等问题。目前新培育出的杂交马铃薯，是否已经大面积推广种植了呢？目前取得的成果是什么？我们目前的阶段是从实验室走到了实验田，当然我们下一步还要从实验田走到农民的生产田，第一个阶段已经实现了，我们培育了一个实验性的品系叫优薯1号。我们现在做了前两次的田间实验以后感觉非常好，第一它的产量很高，比我们传统的这些品种不差，大概能达到2.5吨到3吨左右一亩地，传统大概在西南种植的一些主栽品种也大概是这个水平，大概2到3吨左右。第二它的干物质含量比较高，主要是淀粉，也包括它里面的蛋白，就是把它水分去除掉，剩下的东西就是干物质，大概能达到26%左右，这个是一个比较理想的，因为一般的品种是大概20%左右。我们这些年农作物不断地基因改变，对于农作物的改良，很多人就会想到一个问题，安全问题。就我们的这种改良，安全问题您给我们解释一下？我们这个改良没有任何安全问题，它跟常规的育种，用到的技术手段，只是我们用了基因组的设计育种，对它本身基因并没有导入外来的基因，所以它应该是完全安全的，跟杂交水稻、杂交玉米是一样的。您肯定是吃过您自己育种的种出来的马铃薯，味道怎么样，给我们介绍一下？
口感不错，它为什么不错？一是干物质含量高，吃起来面面的。另外它还含有大量的大概有72毫克每千克的胡萝卜素，它颜色是金黄金黄的，所以营养价值也是很高。在我们育种方面，已经取得了阶段性的这种成功，对于未来我们还要突破哪些难题？因为从薯块种植变成了种子种植，它整个农艺农机是要改的，那以前种马铃薯薯块的，农业机械就不能用来播种了，我们也要重新研发了一个，研发播种。另外还有也要研发种子育苗移栽的技术，这个以前都是没有的。这些技术我觉得都会在我们研发过程中，得到比较好的解决。还有几个缺点，第一个是它只能在南方种，不能在北方种，是一个光周期适应性不广；第二，它薯块很容易萌发，薯块很容易发芽，不耐储存；第三个是它抗病性还不行。这三个缺点突破的过程，您的期待是大概要多久？我们准备还是通过三个“五年计划”，第一个“五年计划”，从2021年到2025年，我们想培育出来几个食用性的品种，我说了优薯2号、优薯3号，优薯2号可能是一个好吃的品种，在抗病性，在光周期的适应上都更好一些，优薯3号应该是一个饲料性专用的品种。因为马铃薯它含水量比较大，所以不耐长期储存，就能不能把它开发成饲料，我们想培育一个饲料专用性的品种，这些是我们的设想，也正在攻关的过程中。
第二个“五年计划”，就是2026年到2030年，我们想大面积地推广。中国的南方大概每年冬天几个省，冬天的田是闲着的，就是收完水稻以后，你要种马铃薯的话，这得多少，我们想能不能把南方在冬天闲下来的地叫冬闲地，把它利用起来，为我们国家再多生产一些粮食。第三个“五年计划”，就是2031到2035这五年期间。我们想要走向全世界，要彻底地替代薯块种植，把它变成历史，这个是我们的“优薯计划”。那么，中国的马铃薯现在作为第四大主粮。它现在仍然是大概65%到70%左右的马铃薯在我们国家是食用的，那么作为加工的大概10%左右，每年的马铃薯。那么刚才黄老师说到了作为饲料，我们大家现在都比较关注中国的粮食安全问题，说到底现在有人讲是饲料安全。那么现在的饲料主要的问题是大豆，进口每年上亿吨的大豆，如何能够减少对进口大豆的依赖，成为一个大家都非常关注的问题。那么我们马铃薯，它又蛋白质含量很高，3%左右蛋白质也挺好的，淀粉含量比较多。它能不能至少比如说猪饲料，能够取代一部分大豆？这是完全有可能的，它替代一部分大豆，更多是替代玉米。那我们北方就可以少生产一些玉米，多种一些杂豆。
我们来大胆地畅想一下，未来当您的2号、3号产品上市之后，那个时候给我们农民朋友带来的真正的实惠是什么？给普通消费者带来的实惠又是什么？2号、3号将来新品种，我想对农民来说就是种植的成本更加低了，他尤其在南方的农民，可能不需要买钟薯了，他用种子直接播种育苗移栽就行了。对老百姓来说，我觉得一是它抗病性会更好一些，这样的话，它的化肥农药会用得少一些。第二个它多样性更加高，有喜欢吃面一点的，那么淀粉含量高一些，炒土豆丝的可以淀粉含量少一些。另外，还有更多的像β－胡萝卜素、花青苷等等。大家需要什么品种？我们培育什么样的品种，这样的话消费者可以期待能够吃到更多样、更适口的，而且有营养，甚至有所谓功能食品一样的这种马铃薯。比如说降糖的，或者说热量比较低不长胖的这种。另外，我们也希望培养出，能够喂猪或者喂鱼做猪饲料和鱼饲料的新品种，也是来降低农民生猪饲养的成本，和水产的成本，这个是我们努力的方向。
我们中国通过农业技术，可以为“一带一路”国家，比如说其他非洲的发展中国家做些什么，把我们的专利可以免费地授予一些公益性的机构、科研单位去使用，让大家来百花齐放，大家都来研究，都来加快马铃薯的研究和发展。这个对全球的马铃薯事业是一个极大的推动，比如说我们在马铃薯育种上的科研成果的突破，对其他农作物上会有借鉴的价值吗？我觉得对于一些营养繁殖的，比如说木薯、红薯，也包括果树里面的像苹果、柑橘，以及包括一些花卉，像玫瑰、百合，这些营养繁殖的，都有可能采用像马铃薯这样的这种种子化的一种路径，来提高品种培育的速质，降低农民的用种成本。从有人类开始的那一天，粮食储备就是人类的一个大问题，也希望我们在不断的科研成果的突破，为实现人类命运共同体能够做出更大的贡献。今天非常感谢两位来到我们演播室，也感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想收看我们过往的节目，可以下载央视频，收看我们以前的节目。好，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
