聚焦一流 创新引领│2023年度广西科技进步奖励获奖项目系列报道之四
攻克关键技术难点 促进木薯食用化产业发展
——记2023年度广西科学技术进步二等奖“基于自交分离群体的木薯优异资源挖掘与创新利用”
木薯是世界三大薯类作物之一，热区第三大粮食作物，全球第六大粮食作物，广泛种植于全球100多个国家，提供全球近10亿人赖以生存的主粮。木薯是我国重要的食品、饲料和工业原料作物，全国种植面积约400万亩，其中广西占65%以上。但是木薯遗传资源狭窄，优异种质资源缺乏；基于表型鉴定的系统选育种周期长、速度慢、效率低；传统淀粉、酒精加工用木薯品种种植效益低，高价值食用木薯新品种缺乏等问题严重制约了我国木薯产业的可持续发展。
针对上述问题，广西农业科学院严华兵研究员带领相关科技人员，联合中国热带农业科学院热带生物技术研究所和广西南亚热带农业科学研究所，历时12 年，在自交分离群体构建、优异种质资源挖掘、关键性状分子标记开发、食用木薯新品种选育与加工利用等方面取得突破性成果，促进了我国木薯育种技术进步、品种更新换代和产业转型升级。
迎难而上攻克关键技术难点 不畏艰辛创新木薯育种方法
木薯杂交育种常存在花期不遇的难题，在育种过程中受到一定的限制。木薯是基因组高度杂合的二倍体，高度杂合基因可通过自交得以纯合，自交为创制优异种质资源和挖掘重要性状关键基因提供了重要途径。此外，木薯是无性繁殖作物，通过自交获得的优异种质资源可以通过种茎繁殖稳定遗传下来。因此，自交是创制木薯优异种质资源的优良方法。然而，木薯具有不分枝就不开花的特性，生产上优异品种普遍株型直立不分枝，难以作为育种亲本材料。针对以上难题，研究团队集成矮化成花、促花保花、幼胚挽救、打破种子休眠、种子种苗促生等技术，率先建立了高效的木薯自交群体构建方法，在广西南宁武鸣、崇左龙州等地构建了“新选048”（直立、高产、浅黄肉）、“小芝麻木薯”（直立、优异食用品质、浅黄肉）、“华南205”（直立、高产高淀粉、白肉）等3个全球最大的木薯优异品种的自交群体材料（分别获得了799个、1205个、986个株系），极大地丰富了我国木薯种质资源。
木薯自交群体材料高效构建方法
根据木薯种质资源描述规范和表型精准鉴定评价方法，研究团队连续多年对“新选048”自交分离群体799 份材料的农艺性状、植物学性状、部分品质性状等52个指标进行了精准鉴定，获取了11.98万份鉴定数据，从中挖掘了高β-胡萝卜素、低氰苷、高可溶性糖、抗细菌性枯萎病、块根耐贮性强等一批特色优异木薯新种质，为木薯新品种选育打下了良好的基础。
自交分离群体的部分代表性状的表型差异
破解基因密码 开发分子标记
为了阐明“新选048”自交群体的性状广泛分离的分子遗传基础，项目组率先完成了“新选048”木薯基因组所有36条染色体T2T 基因组的组装及单倍体注释工作。通过比对两套单倍型基因组的同源性，发现两者间有150Mb区域因同源性较差而无法比较，这些区域占基因组的 23.07%。以二代数据做比对，在全基因组中共发现 3,178,815 个 SNPs，约占单倍型所有碱基的 0.48%，约占所有比对区域碱基的 0.62%，证明了“新选 048”木薯品种的基因组属于高度杂合，从而导致其自交分离群体的高度分离。
“新选048”木薯T2T基因组组装及两套单倍型基因组比较
木薯块根肉质颜色由β-胡萝卜素含量决定，富含β-胡萝卜素是食用木薯新品种选育的重要方向。项目组开发出鉴定木薯薯肉颜色的CAPS和SNAP分子标记，对87份“新选048”自交分离群体材料以及来自于中国热带农业科学院热带生物技术研究所国家木薯种质圃的107份不同薯肉颜色的木薯种质进行检测，均发现分子标记鉴定结果与薯肉颜色100%吻合。
木薯作为特色薯类杂粮，低氰苷含量（50 mg/kg以下）是其可以作为食用木薯的必需指标。项目组开发出鉴定木薯块根氰苷含量的 SNAP 分子标记，对87份“新选048”自交分离群体以及23个木薯品种的氰苷含量检测结果表明，该标记鉴定准确率可达到92.3%。表明开发的分子标记具有广泛的适用性与准确性，推动了木薯分子育种技术的进步。
选育优良品种 促进木薯食用化产业化发展
针对高价值木薯新品种缺乏的问题，采用分子标记辅助选育种技术，利用发明的鉴定薯肉颜色和氰苷含量高低的分子标记，选育出特色优异食用木薯新品种2个，获得植物新品种保护权3个。其中“桂木薯9号”的β-胡萝卜素含量为454μg/100g，被誉为“胡萝卜木薯”，特别适宜开发木薯薯片、木薯汁等加工产品；“桂木薯11 号”的氰苷含量为12.3 mg/kg，食用口感香、软、粉、糯，被誉为“香芋木薯”，特别适宜鲜食、蒸煮食用等，该品种荣获第三届中国（广西）-东盟现代种业发展大会“好种好品”金奖。针对食用木薯新品种的特性，制定了《食用木薯生产标准综合体》等6个标准，实现了食用木薯生产的标准化和优质供应；开发了木薯薯片、木薯羹等食用木薯新产品，制定了《木薯羹加工技术规程》等2个产品标准，规范了食用木薯产品标准化生产工艺，显著提升了木薯产品的经济效益，扭转了生产效益低的局面，促进了我国木薯产业的转型升级和可持续发展。
“桂木薯 11 号”代表性性状特征及典型加工产品
成果选育的“桂木薯9 号”等5个食用木薯新品种先后签订技术服务合同4项，其中与兴业县签订了125万元品种及技术服务的成果转化项目，且该项目成为中国国际热作产业大会签约项目。“桂木薯11 号”列入了《兴业县特色食用木薯产业发展方案》，巩固了脱贫攻坚成果，促进了地方乡村振兴。“桂木薯9 号等食用木薯新品种选育与推广”项目荣获2023年度热带农业优秀科技成果。项目选育的新品种在广西、海南、云南、福建、江西5 个省（区）广泛应用推广，显著提升了木薯产业的整体经济效益，促进了我国木薯产业的可持续发展，在巩固脱贫和乡村振兴事业中发挥重要的作用。
团队简介：
木薯葛根研究团队，现有在编人员8名，其中高级职称7人。主要开展木薯、葛根作物生物技术育种、新品种选育、优良性状形成及调控的分子机理、高产高效栽培与示范、快繁技术攻关与健康种苗生产、功能产品开发等研究。先后主持国际合作项目、国家自然科学基金、广西创新驱动发展专项、主席科技资金、重点研发计划、广西自然科学基金等课题项目60多项，参与国家重点研发等项目若干。获广西科学技术进步奖二等奖1项、三等奖2项；先后发表论文100多篇，其中SCI收录20多篇；审定木薯新品种6个，获授权专利30多件，主持编制国家团体标准1个，广西地方标准10多个，出版专著5部。
经作所 尚小红供稿/供图
一审一校：严华兵
二审二校：薛臣艺
三审三校：陆炳强
