讲座题目：透视新科技——不一样的马铃薯
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：2026年9月14日～9月20日
（备注：讲座视频可循环播放）
https://article.xuexi.cn/articles/video/index.html?art_id=7773212371398550120&read_id=63cbf23b-e496-447e-8c77-b019846e6f31&ref_read_id=6ac10536-f6b9-4753-8269-a2cb1ea4e8dd&reco_id=&mod_id=&cid=&source=share&study_style_id=video_default
透视新科技——不一样的马铃薯

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的粮食作物之一，全球已有149个国家种植马铃薯，从平原到海拔4000多米的高原，处处可以发现马铃薯的身影。随着种植面积的大幅扩张，马铃薯成为仅次于小麦，玉米和水稻的全球第四大粮食作物。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，导致爱尔兰失去了四分之一的人口。发生这场灾荒的原因是当时染病后的马铃薯，无法采收腐烂在地里，也就是从那个时候开始，人类一直在尝试将马铃薯的茎块种植改为种子种植。然而受育种技术所限，这个愿望迟迟未能成功，直到20世纪中期，随着分子育种技术的诞生，近年来我国科学家通过基因组设计，培育出用种子种植的马铃薯新品种。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，直接反映出来的就是小麦、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，就是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。
       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、种业上非常少见的现象。水稻和玉米是二倍体，小麦叫异源六倍体，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，那马铃薯有四套染色体，坏处是它的种子是高度分离的，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。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。
       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少，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5000~7000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6500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、红的各种洋芋或者马铃薯，那几千份在那保存着，它保存实际上是组织培养或者是种子。公元前8000年到公元前5000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，他们进化这几千年过来，实际上就是用薯块。
       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，这里边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。随着基因组学技术的发展，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，我们就能搞明白，过去是没有这样的，这是最近20年技术第一个人类基因组搞明白的，那是用了13年的时间，6个国家的科学家花了38亿美元，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？马铃薯有三万九千个基因，我们对大概400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粒种子。通过基因分析，挑到好的组合，好的个体，把它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。
       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。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。为什么用种子种植马铃薯，全世界的顶尖科学家都在研究，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，他自己跟自己授粉，结不了种子，怎么弄？这个现象是由两个基因控制的，其中一个基因是锁，另外一个基因是钥匙，但是奇怪的是，这个植物自己的钥匙打不开自己的锁，必须要利用别人的钥匙才能打开自己的锁，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。第二步就是近亲不能结婚，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，它就能体现出它破坏性的效果出来，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才培育出来，我们整齐一致的马铃薯的二倍体的种子。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。那么改用种子种植的马铃薯，有哪些优良特性呢？
       用种子种跟用茎块来种它的区别是什么？首先的好处，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到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。南方生长季节的弹性是比较大一些，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10个薯块左右，这是1:10~15的繁殖系数。但是种子呢？种子种一粒种子，可以收上来大概1万粒种子，1比1万跟传统的比，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1000万亩地的种薯田。用种子种的话，大概只需要一万亩地，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。
       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。还有什么优势？种子的体积特别小，重量特小，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，然后我们国家甘肃定西，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，它就是这样。
       刚才我们算一算，一亩地如果是200~250公斤，一车皮60吨，能种多少亩地？300亩左右，要是1000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200~250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30亩地。您肯定是吃过您自己育种才种出来的马铃薯，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，就是把它水分去除掉，剩下的东西就是干物质，吃起来面面的。它的干物质含量比较高，主要是淀粉，也包括它里面的蛋白，大概能达到26%左右，这个是一个比较理想的，因为一般的品种大概20%左右。另外它还含有大量的大概有72毫克每千克的胡萝卜素，它颜色是金黄的，所以营养价值也是很高。
       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一号。我们现在做了前两次的田间实验以后，感觉非常好。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。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，对它本身的基因并没有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。2020年11月，在云南省德宏州盈江县优薯1号进行了小区试验。2021年2月，新品种马铃薯成熟采收后测产，第一代新品种马铃薯的种植效果远超预期。据了解，当地最好的马铃薯品种每亩产量也就3吨左右，十多年来产量没有明显提升，而第一代杂交的马铃薯亩产就接近了3吨。不仅如此，通过基因组设计育种而培育的新品种马铃薯，其中的干物质有显著提高。有研究表明，干物质含量高的马铃薯有利于贮藏和加工的优势，其淀粉提取率和全粉成品率都会有所上升，所以新品种的马铃薯不仅有高产优质、减少病虫害、可以控制成本外，还有耐储存的优势。那么未来新品种的马铃薯，还有哪些攻坚克难的地方呢？
       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。第三个是它的抗病性还不行。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实用性的品种。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。优树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，所以不耐长期贮存，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。那么我们的马铃薯它又蛋白质含量很高，3%左右蛋白质也挺好的，淀粉比较多，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，多种一些大豆。
       小小的马铃薯不仅承载了老百姓对美食的喜爱，同时也见证了中国饮食文化的发展与变迁。因马铃薯块茎含有大量淀粉，能为人体提供丰富的热量，其中维生素含量是所有粮食作物中最全的，也是人类日常生活不可或缺的食物。近年来，伴随我国马铃薯主食化战略的实施和深入推进，马铃薯与米饭、馒头、面条一样，成为中国百姓餐桌上的主食。而我国马铃薯生产也在逐年提高，据统计，2019年我马铃薯种植面积达到7184.25万亩，平均亩产量达到1276千克，总产量达到9193.8万吨。2020年马铃薯种植面积扩大到1亿亩，平均亩产量达到1300千克，总产量达到1.3亿吨，我国马铃薯种植面积和总产量已位居世界首位。
       未来新品种的马铃薯将会给我们的生活带来哪些改变呢？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，可能不需要买种薯了，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，就不长胖的这种。另外，我们也希望培养出，能够喂猪或者喂鱼的，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于一些公益性的机构、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度，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，也希望我们在不断地科研成果突破，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。