甜菜绿色增产增效技术（我国甜菜育种的现状与挑战）

文 / 兴旺

我国既是食糖生产大国，也是食糖消费大国。甜菜是我国制糖工业的重要原料，但目前我国甜菜种植业95%以上的种子依赖国外进口，在自主研发和技术应用等方面面临着严峻的挑战。这一现状需要我们总结和思考。

实验室里栽培的叶用甜菜

2020年的中央经济工作会议指出，“保障粮食安全，关键在于落实藏粮于地、藏粮于技战略。要加强种质资源保护和利用，加强种子库建设。要尊重科学、严格监管，有序推进生物育种产业化应用。要开展种源‘卡脖子’技术攻关，立志打一场种业翻身仗”。国家深知种子是现代农业的基石，是农业的“芯片”，一旦种子行业出现类似芯片的事件，其危机程度甚至要超过科技行业。

食糖是涉及国计民生的生活必需品，也是医药和食品工业等产业的重要基础原料。我国既是食糖生产大国（全球排名第三），也是食糖消费大国（全球排名第二）。甜菜是我国制糖工业的重要原料，它的种植与生产已经成为我国北方及边疆地区的支柱性经济产业，重视甜菜育种具有重要的现实意义。

如何加工甜菜种子

在甜菜生产中，为了保证农民的积极性，必须提高种植甜菜的经济效益。在目前农民劳动强度 大和人工种植成本迅速提高的背景下，在甜菜生产中推广机械作业和高产高效农艺技术尤为重要。

机械化精量播种和纸筒育苗移栽对种子的要求较高：首先是发芽率要高于95%；其次是要使用丸粒化包衣种子（即用黏着剂把杀虫剂、杀菌剂、肥料、植物生长调节剂和填充剂等粘在种子 表面，然后加工成大小形状无明显差异的球形单粒种子）。这样才能确保每穴播的种子能苗齐、苗壮，从而保证种植密度。

糖用甜菜种子

目前，我国甜菜种植业95%以上的种子依赖国外进口。我国种子与国外种子的差距主要有三点。首先，是在种子丸粒化的各种添加成分配方与丸粒化工艺上，如国内丸粒化的种子播种遇水后不能有效地产生崩裂缝，从而影响种子的正常呼吸出苗。其次，是甜菜种子的加工分级技术与设备落后，不能将成熟度不好的种子有效地筛选和淘汰，直接影响发芽率。最后，是没有完全掌握醒芽技术，经过醒芽处理的种子发芽率高且发芽提早、整齐。目前我国尚未完全解决上述技术难题，如发芽率虽然可以达到90%以上，距离国外先进水平只有一步之遥，但也是最难提高的一段距离，从而限制了我国自主培育的优良甜菜单胚型种子的推广应用，给甜菜产业带来了潜在的安全隐患。未来，我们应继续完善支撑条件，实现甜菜种子生产的专业化、机械化和信息化，在种子精选、分级、磨光、包衣、丸粒化和包装的全链条提高工艺和设备水平。

如何搜集和保存甜菜种质资源

农作物种质资源是农业科学及其产业的根本和基础，是实现农业持续和跨越式发展，维护粮食、生态安全和农村稳定的战略性资源。农作物种质资源也是农作物育种的基础，是农作物产量、品质、抗逆性和适应性取得突破的关键。农作物野生资源在长期的自然选择过程中形成了丰富的优良性状，蕴藏着大量的高产、优质、抗病虫、抗旱和耐寒等优良基因，保存着丰富的遗传多样性，是人类赖以生存和发展的重要物质基础。

现今，世界范围的甜菜种质资源收集工作划分为亚洲板块、东欧和西北欧板块、地中海板块以及北美板块四大板块，由不同国家的参与者进行搜集。亚洲板块的人员主要负责搜集甜菜的野生种和栽培种质，搜集地区包括伊朗、印度、中国及日本，由伊朗和印度对甜菜种质的产量、质量及抗病性进行评价，并评价其耐高温的情况。东欧和西北欧板块的人员搜集的地区包括西班牙北部（野生种）、西班牙内陆（栽培种）、保加利亚、罗马尼亚、阿塞拜疆和乌克兰（基辅，多粒种），由英国伯明翰大学负责储存甜菜种质。地中海板块由多个国家的工作人员分工合作：土耳其在黑海和西北爱琴海地区搜集特有资源；埃及搜集红海及西地中海海岸地区资源；摩洛哥搜集普通甜菜；法国搜集内陆和沿海品种；意大利搜集希腊、西班牙和北非多国的野生及栽培甜菜品种。北美板块的研究人员负责搜集地区包括西班牙的北部和东北海岸，伊朗的西北山区及海岸地区，印度的西北山区、高地及东北山区及海岸，埃及区域（当地古老品种），红海海岸地区，希腊东部地区，土耳其内陆地区，以及叙利亚、黎 巴嫩、伊拉克和罗马尼亚等国。

目前已知甜菜的起源中心位于地中海沿岸，我国没有甜菜野生资源。国内现有的甜菜种质资源绝大部分来源于苏联、波兰和民主德国。由此也导致了我国甜菜种质资源遗传基因狭窄，制约了我国在甜菜不同基因型和特优异种质资源材料的改良、创新等方面的研究。

我国将作物种质资源定位为确保我国农业长期发展的战略基础，对于应对各类自然风险、保障国家粮食安全和维护中华民族永续发展具有不可替代的作用。基于此，我国在1986年建立了国家种质库。其保存对象是农作物及其近缘野生植物的种 质资源，这些资源是以种子作为种质的载体，其种子可耐低温和耐干燥脱水。国家种质库由1个长期库（北京）、1个复份库（青海）、10个中期库和43个种质圃组成。这10个中期库分别是国家农作物种质保存中心（北京）、国家水稻中期库（浙江杭州）、国家棉花中期库（河南安阳）、 国家麻类作物中期库（湖南长沙）、国家油料作物中期库（湖北武汉）、国家蔬菜中期库（北京）、国家甜菜中期库（黑龙江哈尔滨）、国家烟草中期库（山东青州）、国家牧草中期库（内蒙古呼和浩特）和国家西甜瓜中期库（河南郑州）。

黑龙江大学新建的国家甜菜种质中期库

作为10个国家级专业农作物种质资源中期库之一，黑龙江大学国家甜菜种质中期库也是我国唯一的甜菜种质资源库，承担着甜菜种质资源繁 种更新、种子活力监测、种质资源搜集与鉴定、种质资源分发利用和种质资源田间展示等重要任务，目前保存了来自全球24个国家的甜菜种质资源1700余份，规模位列全球同类库第三、亚洲第一。

2019年，农业农村部批准对甜菜种质中期库进行改扩建，将全库种质资源保存能力由目前的0.5万份扩大到2万份，建设多功能一体化的甜菜种质资源中心、打造甜菜种质资源开放共享与服务平台、形成甜菜种质创新和人才培育高地，预期通过该项目建设，满足全国甜菜种质保存、育种创新和产业化等方面的重大需求。国家甜菜种质中期库运行温度为零下4℃，湿度45%，环境条件由两台制冷除湿机（一用一备）通过传感器自动控制，并可以通过手机等终端进行远程监测，以保证库体安全稳定运行。

如何开展甜菜的生物育种

生物技术能够突破基因在动物、植物和微生物之间的转移，从而极大地拓宽了种质资源的利用范围，而且可以直接进行不同基因型的早期选择，提高育种效率，缩短育种年限和减少工作量。针对甜菜的生物学和遗传学特性，将传统杂交育种与生物育种技术相结合，可以快速得到人们需要的目标品种。

​俄罗斯美食——红甜菜汤（图虫创意 供图）

花药（小孢子）培养 杂交育种周期长和效率低的一个主要原因就是需要不断分离个体，直到高世代才能获得遗传纯合且性状稳定的个体。花药（小孢子）培养是将经过减数分裂的单倍体花粉培养成单倍体，然后加倍为二倍体后代，具有遗传纯合快、育种年限极大缩短和育种效率高的特点。花药和花粉培养技术已发展为成熟的现代生物技术，并得到了广泛的应用。但想要通过此途径获得单倍体甜菜植株较其他作物困难得多，存在诱导频率低和重复性差等问题。

未授粉胚珠培养 即将甜菜未授粉的胚珠接种在添加了单一激素或激素组合的培养基上诱导生成单倍体植株的技术，可以加速稳定杂种性状、提高选择效率和大量快速生产纯合系，然后经田间试验鉴定、选择及配合力测定后，可以筛选出高配合力品系用于优势育种。此外，配子体离体培养过程中可能引起基因突变，利用未授粉胚珠培养技术可以 筛选出突变体，创造新的性状。应用未授粉胚珠离体培养技术，有助于建立具有抗病、高糖和丰产特性的甜菜突变体的快速筛选体系。

转基因技术 是以高效和稳定的植物外植体作为转化对象，如甜菜的叶柄、下胚轴、胚珠和花药等，采用农杆菌介导或基因枪法，通过植物组织培养过程获得表达特定基因的转基因植株。国外早在1987年就开展了甜菜的转基因实验，获得了抗甜菜胞囊线虫的转基因植株。此后，美国和日本相继获得了抗甜菜坏死黄脉病毒和夜蛾类害虫的转基因植株。最成功的案例是美国孟山都公 司和德国拜耳公司研发的抗草甘膦除草剂的转基因甜菜。

红甜菜和鹰嘴豆泥（图虫创意 供图）

在甜菜种植中，杂草的存在一直是个大问题。杂草会与甜菜抢夺肥料、水和阳光，不仅增加了对肥料的需求，还容易影响产量。大规模种植中，传统上有三种锄草方式：一是机械化锄草，但这种方式不仅需要设备，也需要操作成本，而且锄草时难免伤到甜菜；二是用除草剂，但传统的除草剂毒性比较大，而且对甜菜也有影响；三是人工锄草，但高昂的劳动力成本使得这种方式很难实施。所以，在现代农业的背景下，转基因技术可以大大地节约除草和播撒农药等环节带来的人力物力成本，从而提高农民的经济收入。

目前，中国农业大学、山东大学和内蒙古大学等高校的研究人员经过不断实验，获得了抗冻、耐盐和抗植物病毒的转基因甜菜。如果国家政策允许且条件成熟，能够迅速培育出一批抗逆性较强并具有优良生产性状的甜菜品种。

红甜菜叶（图虫创意 供图）

虽然甜菜的起源中心不在我国，加上其重要性不如水稻、玉米和大豆等主粮品种，故甜菜的栽培和育种研究在国内一直比较薄弱，但是糖和棉、麻一样都是关系民生的重要物资，具有重要的战略意义。世界正迎来百年未有之大变局，国际形势比较严峻且复杂，而甜菜产业对进口种子的依赖程度较高，需要引起科研工作者的高度重视。近年来，我国也加强了作物种质资源库的建设，采取了作物遗传性状大规模精准鉴定等措施，相信甜菜的育种工作会迎来一个快速的发展阶段。

（本文图片除说明外，均由谭文勃提供）

作者单位：黑龙江大学

本文为《大自然》杂志2022年第3期原创文章，未经授权不得转载或建立镜像。

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