一种冬种马铃薯品种的生态选育方法与流程

本发明属于农作物品种选育方法领域，具体的提供了一种冬种马铃薯品种的生态选育方法。

背景技术：

马铃薯喜冷凉，但不耐低温霜冻，秋冬种马铃薯在生长过程中常常受到偶发性的短时低温伤害，甚至持续性低温霜冻灾害，给秋冬种马铃薯生产造成不同程度的危害和损失(廖铭燕和陈斌艳，2008；邓英毅等，2017)。但是，由于目前秋冬种马铃薯的主栽品种为费乌瑞它(熊军等，2013)，不耐寒(许娟等2016，邓英毅等2017)，因此低温霜冻已成为秋冬种马铃薯健康可持续发展的主要限制因子。同时，冬种马铃薯的前作主要是晚稻，次作是早稻，这就要求所种植的马铃薯品种必须是早熟品种才能不影响次年早稻生产。另外，马铃薯冬作区的气温在2月以后则逐步回升而且伴随着多雨，从而晚疫病发生严重。因此，构建马铃薯生态育种技术并用来选育适合秋冬种区生态条件和栽培耕作制度的聚合耐寒耐寡照、抗晚疫病、早熟、高产等多个特性的品种对秋冬种区马铃薯产业的健康稳定可持续发展具有重要意义。

生态育种就是探索和选育适合不同生态条件和耕作栽培制度的作物品种最大限度地利用生态气候资源，优化个体生长，使群体在较高的光合效率和物质生产水平上达到动态平衡的育种理论和方法。该理论已经广泛应用于水稻(龚金龙等，2011；Mohapatra and Sahu,1991)、玉米(陈学求等，1999)、大豆(郭数进等，2014)，小麦(张海清等，1995)、甘蔗(陈学宽等，1996)及黄瓜(龚昌洲等，1997)等作物的品种选育上；但尚未见有关于马铃薯的生态育种研究报道。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述缺陷，根据马铃薯冬作区的生态条件及耕作栽培制度，构建马铃薯的生态育种技术并应用该技术选育出品种，为秋冬种区马铃薯育种与生产提供技术和品种支撑。

本发明的技术方案：一种冬种马铃薯品种的生态选育方法，包括如下步骤：

(1)耐寒马铃薯材料的收集、筛选：选择从各地收集到的具有抗晚疫病的早中熟马铃薯种薯进行盆栽，出苗后7-10天后放在8℃的恒温人工气候室中5-7天，然后将温度降至4℃，光照强度和湿度不变并放置5-7天，接着将盆栽移出恒温人工气候室在常温下放置3天，调查各个盆栽的根、茎、叶以及匍匐茎的生长发育情况；选择叶片生长正常、植株生长较壮、匍匐茎数6条以上的盆栽材料；

(2)耐寒材料亲本的筛选：将步骤(1)筛选出来的耐寒马铃薯材料拿去大田种植，并将种植的材料两两组合杂交，并收获实生种，选取各个杂交组合中籽粒饱满的实生种装入牛皮纸信封中封好口，放在20-28℃的温室中保存；

(3)实生种的低温驯化：半年以后将步骤(2)中装有实生种的信封放入玻璃管中密封；并放入2-5℃的冰箱中进行低温驯化处理15-20天，接着将冰箱温度提高到7-10℃再放置3-5天；

(4)实生苗苗期的低温驯化：将低温驯化过的实生种用30～35℃的温水浸种4-5h，放入25-28℃的恒温箱中保温保湿催芽，待种子露白发芽后取出并进行杯栽，出齐苗后2-3天将杯栽移到温度为20-30℃光照强度为20000lx，湿度为90％的人工气候室中放置3-4天，每天光照8-10h，然后将人工气候室温度降低至15-20℃，持续3-5天，接着将人工气候室温度再降低至7-10℃，持续3-5天；接着将温度降低至3-7℃或将实生苗连杯种植到夜间气温均处于3-10℃的露天大田中，幼苗在此环境中驯化10-20天；

(5)优良单株的选择：驯化期过后，将苗种植在温度低于25度的环境中，按常规的管理方法进行田间管理；在植株茎叶开始变黄显示进入成熟期时，选择早中熟、不发病、块茎数5-8个、芽眼浅、单株产量在250克以上的优良单株；

(6)冬种条件下自然选择：将步骤(5)中筛选出来的优良单株后代在冬季播种于经常发生寒害的大田中开展株系的耐寒性、晚疫病发病率、熟性和产量的再鉴定选择，选择在自然低温条件下单珠结薯数在6个以上，大中薯率90％以上，平均产量30000kg/ha以上的材料，即为选育出来的适合冬种的耐寒马铃薯品系。进一步的，还包括生态环境分析步骤：采集冬种期间种植地的阴雨天数、温度变化情况及耕作制度，确定马铃薯冬作区所需求品种的特性。通过对南宁、广州、福州等地的天气情况及耕作制度采集，确定马铃薯冬种区的品种需要具有：耐寒耐寡照、抗晚疫病、早熟、高产等特点。

进一步的，步骤(1)中，人工气候室的光照强度为20000Lux，每天照射8-10小时，湿度为90％。

进一步的，步骤(4)中，所述大田为雪已经融化了的大田，大田四周修排水沟，防止雪水侵入。

进一步的，步骤(6)中，种植期间，马铃薯幼苗遭受田间-1℃至7℃持续5天的低温冷害。

进一步的，步骤(6)中，试验期间遭遇日照总数不足100小时的寡照天气。

进一步的，步骤(6)中，播种时间为11月或12月，收获时间为3月或4月。

进一步的，步骤(6)中，冬种条件下自然选择的时间至少为3年。本发明优点：本方法充分考虑选育良种与生态条件的关系，通过资源收集、筛选、亲本杂交、实生种低温驯化、实生苗低温驯化及筛选、冬种条件下自然选择等手段，最终获得适合马铃薯冬作区气候生态条件的耐寒耐寡照、抗晚疫病、早熟、高产的马铃薯品种；为秋冬种区马铃薯育种与生产提供技术和品种支撑。

附图说明

图1：南宁市10月～次年3月期间的每月天气情况。

图2：广州市10月～次年3月期间的每月天气情况。

图3：福州市10月～次年3月期间的每月天气情况。

图4：南宁市2013年10月～2014年3月期间的气温变化。

图5：广州市2013年10月～2014年3月期间的气温变化。

图6：福州市2013年10月～2014年3月期间的气温变化。

图7：南宁市2015年10月～2016年3月期间的气温变化。

图8：广州市2015年10月～2016年3月期间的气温变化。

图9：福州市2015年10月～2016年3月期间的气温变化。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种修改或改动，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1：马铃薯冬种区的生态系统分析

目前，我国马铃薯冬种区的生产周期一般是10月～翌年3月，主要集中在广西、广东、福建、四川和云南等省(区)，本实施例以广西、广东和福建3省(区)的省会城市南宁、广州和福州近5年冬季的每月平均各类天气情况进行分析。

一、冬种期间的阴雨天数

广西、广东和福建三个省会城市(南宁、广州和福州)从10月～翌年3月每月的阴雨天数呈逐渐增加而晴天或者多云天数呈逐渐减少的趋势。如南宁市10月至次年3月的阴雨天数分别为9.6、14.6、14.4、20.4、21.0和23.0d，广州市分别为13.4、22.6、20.4、19.6、23.0和22.2，福州市分别为5.6、12.4、11.2、13.8、18.4和21.2，三个城市的阴雨天数分别占整个马铃薯种植季节(182d)的56.6％、66.6％和45.4％；雨天最多是在2月和3月，三个城市的2月和3月的阴雨总天数分别占这两个月天数的74.6％、76.6％和67.1％；各市霜冻期主要发生在12月至次年2月(见图1、图2和图3)。

二、冬种期间的温度变化

广西、广东和福建三个省会城市南宁市、广州市和福州市冬季的温度变化均呈现高-低-高的变化趋势且变化激烈。其中2013年冬季和2015年冬季出现严重的霜冻和雨夹雪天气，并主要出现在马铃薯的块茎膨大期(早种的在12月至次年2月，晚稻收获后种的在1-3月)，这两年的气温变化情况见图4至图9所示。10月至次年3月的最低气温低于7℃(马铃薯基本停止生长)的南宁市分别有33和15d(分别占冬季天数的37.1％和17.0％)，广州市分别是37和17d(分别占冬季天数的41.6％和19.3％)，福州市分别是39和28d(分别占冬季天数的43.8％和31.8％)；极端最低气温达到-2～-1℃(见图4至图9)。

2011年10月～2012年3月冬季最低气温低于7℃的南宁、广州和福州分别有34、24和30d(分别占冬季天数的38.6％、27.3％和34.1％)；2012年10月～2013年3月冬季最低气温低于7℃的南宁、广州和福州分别为15、12和22d(分别占冬季天数的16.9％、13.5％和24.7％)；2014年10月～2015年3月冬季最低气温低于7℃的南宁、广州和福州分别为12、21和38d(分别占冬季天数的13.5％、23.6％和42.7％)。

三、耕作栽培制度

在马铃薯冬作区，同时存在着多种马铃薯种植模式：旱地纯种、水田纯种、幼龄果园间套种、甘蔗套种、香蕉套种等，但不论是哪种模式，都要求在连续高温多雨的4月到来前能成熟收获，一方面不影响下一作物如水稻、玉米的播种或甘蔗、幼龄果树如龙眼、荔枝、柑橘、香蕉等的田间管理。因此，要求所种植的马铃薯品种为早熟品种。同时，12月前播种的旱地纯种、幼龄果园间套种和香蕉套种等模式的马铃薯块茎膨大期处于当年的12月至次年的2月左右，而该时期连续低温时间长而且变化激烈；12月后播种的水田纯种和甘蔗套种等模式的马铃薯块茎膨大期处于次年的1～3月，而该时期前期连续低温时间长、变化激烈而后期温度高，雨天多，晚疫病容易爆发。

综上所述，马铃薯冬种区的品种需要具有：耐寒耐寡照、抗晚疫病、早熟、高产等特点。

实施例2

一种冬种马铃薯品种的生态选育方法，包括如下步骤：

(1)耐寒马铃薯材料的鉴定、筛选：2005年3-4月在日本北海道大学农场玻璃温室中(温度15-20℃、湿度80-90％、自然光)，选择从日本各地收集到的具有抗晚疫病或感病较轻的50份早中熟材料进行盆栽，出苗10天后放在光照强度为20000Lux(每天10小时)、湿度为90％、温度为8℃的恒温人工气候室中5天，然后将温度降至4℃光照强度和湿度不变并放置7天，从恒温人工气候室移出后放回玻璃温室中3天，调查各个材料的根、茎、叶以及匍匐茎等器官的生长发育情况。选择和片生长正常、植株生长较壮、匍匐茎数6条以上盆栽材料。

(2)耐寒材料亲本的筛选：选用在上述试验中综合表现较好(根和片生长正常、植株生长较壮、匍匐茎数较多)的23份材料于2005年5月8日在日本北海道大学农场种植，7-8月利用这些材料配制35个组合杂交，9月底收获所有实生种。实生种收获晒干后在22℃左右的温室中保存。

(3)实生种的低温驯化：各个组合选取籽粒饱满的各300粒装入牛皮纸信封中封好口，然后将所有信封放进玻璃罐密封。2006年3月10-24日在日本北海道大学将玻璃罐放在温度为2-5℃的冰箱中进行低温驯化处理，25-27日将冰箱温度提高到7-10℃。

(4)实生苗苗期的低温驯化：2006年3月28日用30～35℃温水浸种4～5h，放入恒温箱25-28℃恒温下保温保湿催芽，4月2日种子露白发芽后取出在日本北海道大学农场玻璃温室中用纸杯进行杯栽(温度20-30℃，自然光，湿度为80％～90％)，4月7-8日出齐苗。4月9日移到人工气候室中(光照强度为20000lx(每天10h)，湿度为90％)并在4月9-11日和4月12-15日将温度分别降低至15-20℃和7-10℃，4月16日连杯种植到雪已经融化了的放了有机肥和马铃薯专用复合肥并用挖土机挖好周边的排水沟(深60厘米，防止雪水浸入)的露地(此时夜间土温最低为3℃左右，最高气温为10℃)。5月3日前的18天，夜间土温均低于5℃，夜间最高气温均低于10℃，此时幼苗一直处于低温驯化阶段，茎叶生长极其缓慢。

(5)优良单株的选择：5月4日以后气温逐渐升高，马铃薯恢复生长。田间管理按照农场的管理方法进行。8-9月，选择早中熟、不发病、块茎数6个左右、芽眼浅、单株产量高的优良单株。

(6)冬种条件下自然选择：2006年11月在广西大学农场种植上述(5)的优良单株家系，进行冬种条件下的自然选择，发现材料编号为22号、25号和B218的表现较耐寒，早熟、薯形好、芽眼浅、结薯集中、块茎大、块茎数5-8个、商品薯率高，平均单株薯重分别为0.82、0.77和0.85kg，而且22号和B218还表现抗晚疫病，而25号的发病也很轻(仅1株发病)。

2007年11月-2008年3月，在冬季均遇到霜冻的宾阳县邹圩镇四角塘村猪鼓岭(N23。20′49.70〞，E108。51′15.03〞，海拔高度43米)开展株系的耐寒性、晚疫病发病率、熟性和产量的再鉴定选择，以国审品种东农303作对照。期间2008年1月遇到长期的低温冷害，对照种受害严重(主要表现为叶片冻坏，甚至整株冻死)，材料的耐寒强弱依次为B218>22号>25号>对照种。材料均未发现晚疫病，但对照种发病率达21％；材料的生育期与对照种基本一致，均在83-87天之间；B218、22号和25号的产量分别比对照增产42％、23％和56％。

2008年11月-2009年2月及2009年12月-2010年4月连续两年用自繁种薯在广西农业科学院内进行品比试验(简单对比试验，面积为每个材料10平方米)，对照品种为东农303。品系22号、25号和B218在单株结薯数、大中薯率和产量等综合性状方面表现较好，其中鲜薯产量比东农303分别增产10.5％、7.4％和21.2％(表1)。

表1马铃薯品种(品系)经济性状比较表

Tab.1Comparison of economic traits of potato varieties(lines)

2010年12月-2011年5月，分别在广西桂林市永福县(期间2011年1-3月最低气温低于10℃和7℃(马铃薯基本停止生长)的分别有69和55天，分别占同期天数的76.7％和61.1％；雨天、晴天、多云和阴天的分别有50、5、18和20天，分别占同期天数的55.6％、5.6％、20.0％和22.2％)和防城港市防城区大揽村的盐碱试验地(pH为4.2，灌溉水为咸淡水(海潮水和河水的复混水))，进行不同生态环境的区域适应性试验，评价、鉴定品系的稳定性，并通过了广西自治区科技厅组织的专家现场测产(表2)。

表2 2010年12月-2011年5月马铃薯品种(品系)产量比较表

Tab.2Comparison of yield of potato varieties(lines)from December 2010 to May of 2011

实施例3

马铃薯品种的耐寒耐寡照鉴定

一、野外生产鉴定

(1)苗期。试验于2015年12月25日至2016年4月15日在南宁市广西农业科学院经济作物研究所试验地进行，试验期间在2016年1月底马铃薯幼苗遭受田间-1～7℃持续5d的低温胁迫，胁迫后的桂农薯1号(原品系编号为22号，下同)幼苗受害级别为0，叶片和植株生长正常，受害程度轻，耐寒性强，而对照组费乌瑞它(马铃薯冬作区主栽品种)幼苗的受害级别为1级，有2～3片叶片萎蔫卷曲。

(2)薯块膨大期。试验于2013年11月15日至2014年3月31日在南宁市西乡塘区坛洛镇马六坡村马铃薯科研示范基地进行，试验期间尽管遭受6次极端低温霜冻(-2～6℃)及从2014年2月9日至3月28日期间遭受寡照(总日照总数不足3h)等不良天气影响，但是桂农薯1号和品系25号的受害株率仅分别为16.3％和46.0％，极显著低于对照种费乌瑞它的73％；桂农薯1号及品系25号的受害株的严重受害比例分别为0％和1.2％，极显著低于对照种费乌瑞它的31.2％。同时，收获期桂农薯1号和品系25的平均产量分别高达45 213.3kg·hm-2和41 363.1kg·hm-2，分别比对照品种费乌瑞它(28 084.8kg·hm-2)增产61.0％和47.3％，增产均达极显著水平。

二、实验室鉴定

李华伟等研究表明：桂农薯1号是目前冬作区示范推广品种中唯一耐寒品种，其半致死温度为-3.4℃，远低于马铃薯冬作区的主栽品种费乌瑞它(-2.3℃)和冬作区引进示范推广的其他品种(均高于-2.7℃)。许娟等利用人工气候箱对苗期进行5℃低温胁迫处理7d的研究表明，苗期耐寒性强弱依次为桂农薯4号(原品系编号为B218，下同)﹥桂农薯1号﹥中薯3号﹥费乌瑞它。

三、病害鉴定

2016年云南省农作物品种抗性鉴定站(7-8月)和甘肃省农业科学院植物保护研究所(7-9月)分别进行温室植株接种晚疫病菌，桂农薯1号和桂农薯4号均被鉴定为抗晚疫病和抗花叶病毒病品种。

由此可见，马铃薯冬种区的品种需要具有：耐寒耐寡照、抗晚疫病、早熟、高产等特点。

广西农业科学院经济作物研究所基于冬作区的生态特点与耕作栽培制度而构建了品种选育技术并利用该技术最终自主选育聚合了耐寒(致死温度-3.4℃，李华伟等，2016)、抗晚疫病、早熟(83～90天)、高产(比东农303增产9.8-64.6％)等多个特性并通过了省级品种审定的桂农薯1号和桂农薯4号。

综上，传统的遗传方法很难培育出抗寒性较强的栽培品种，但本研究的结果表明，针对马铃薯冬作区特定的气候生态条件与耕作栽培制度，构建与之相适应的生态育种技术，在利用栽培种作亲本配制的35个杂交组合获得实生种后，再将实生种和实生苗经低温驯化筛选又经多年自然冬种栽培的生态选择，最终能从3个组合中选育出3个较耐寒的而且聚合了耐寒耐寡照、抗晚疫病、早熟、高产的品种(系)。