木薯（Manihot esculenta Crantz）是全球第六大粮食作物,也是淀粉工业和生物能源的重要原料[1]。我国木薯近5年种植面积约26.67万hm2,主要用于淀粉和变性淀粉加工,部分原料及副产品用作饲料,食用比重小[2]。2017年我国进口木薯干片达800万t,是我国年产量的5倍以上,主要用于生产工业乙醇和燃料乙醇,市场需求巨大[3]。随着人民生活水平的提高,我国农业劳动力成本大幅度增加,木薯种植单位面积效益降低,迫切需要培育高产、优质、多用途的木薯新品种。
农作物理想株型是育种家追求的最高目标之一,也是目前遗传育种学研究热点。随着大宗农作物,如水稻[4,5]、玉米[6,7]、大豆[8,9]等,相继推出理想株型的各项农艺参数,以及相关功能基因或调控基因的克隆[10,11,12,13],为热带作物,特别是木薯,开展理想株型的育种工作提供了借鉴和指导。木薯种植、田间管理和块根收获劳动力投入相对较大,经济收益又相对较低,因此木薯生产的全程机械化是木薯产业可持续发展的必然之路。木薯机械化生产需要满足以下基本条件：（1）对于工业淀粉用品种,薯块粗短且集中、埋地浅,减少机械收获时断薯和损失;株型要直立、矮化、抗倒伏,减少收获时地上秸秆的处理难度;株型要紧凑,能够密植以保证产量。（2）对于食用品种,要求薯块大小一致,纺锤形,表皮光滑,便于加工。因此,培育植株矮化、单秆或顶部分枝、叶柄叶片上举、株型紧凑、薯块集中且大小一致、适合密植的新品种,对提升单产和机械化种植具有重要意义,也是木薯理想株型育种的目标[14]。
工业用木薯干片或鲜薯价格偏低,但食用木薯价格较高,因此为了提高木薯的附加值,提高种植户的经济收入,木薯食用化也是保障木薯产业可持续发展的重要举措。在国外,尤其是非洲和南美洲,木薯食用有着丰厚的文化积淀,但在中国因为主食多为大米和面粉,除极个别地区或人群食用木薯外,尚未形成吃木薯的习惯。因此,国内高产优质的食用木薯品种较少,急需培育一批优质的食用木薯品种或品系,来支撑木薯的食用化发展。
基于此,本育种计划选择一批来自非洲和中南美洲的木薯种质为亲本,与我国推广品种人工授粉获得杂交种子,通过多年筛选鉴定、多点区域试验和生产性试验,最终获得一个株型紧凑,高产稳产的多用途与适合机械化栽培的新品种,通过中国热带作物品种审定委员会审定,定名为‘华南16号’（‘SC16’）,推荐在我国广西、广东沿海、海南,以及东南亚地区推广种植。
1 材料与方法
1.1 材料
参试品（株）系：（1）亲本,母本为‘华南8号’（‘SC8’）,为中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所育成的推广品种[15];父本为‘Q10’,为中国科学院上海植物生理研究所张鹏研究员引自非洲的品系（I93/0665）;（2）杂交组合配制,2011年由中国热带农业科学院热带生物技术研究所进行人工授粉杂交,2012年总计获得实生苗240株;（3）其他亲本组合获得杂交实生苗1200余株;（4）试验对照,统一对照采用大面积栽培品种‘华南205’（‘SC205’）;不同试验地区设置地方对照品种,在海南澄迈与白沙采用‘华南5号’（‘SC5’）[16],而在广西合浦、武鸣等地采用‘NZ199’为第2对照品种。
1.2 方法
1.2.1 木薯新品种‘华南16号’的选育流程 通过人工杂交授粉获得F1杂交种子,经实生苗试验、初级品比、中级品比、区域性试验和生产性试验,以及现场测产验收等流程,育成高产、株型紧凑、食/饲和工业兼用、较耐渍水和适合于密植与机械化采收的‘华南16号’（‘SC16’）木薯新品种（图1）。
1.2.2 亲本选择、人工杂交和实生苗试验 为了得到高产稳产、株型紧凑、适合于密植和机械化采收的木薯新品种,选择株高偏矮、高位分枝的木薯品种‘华南8号’为母本,株型矮化、罕见分枝的‘Q10’（I93/0665）为父本,人工授粉得到F1杂交种子约400粒,2011年育苗移栽存活240株实生苗,2012年底分单株收获,选择优良单株进入品系比较试验。
1.2.3 初级和高级品系比较试验 2013年进行初级品比试验,根据优良单株种茎数量,种植单行或多行,每行6株,主要考察株型和长势,扩繁种茎,未测产量。2014年分别在文昌和澄迈做高级品系比较试验,其中文昌18个品系,澄迈40个品系,以‘华南205’为对照,随机区组3 次重复,每个小区20 m2,株行距0.8 m×1.0 m。正常田间管理。所有品系比较试验均是当年3月种植,12月收获。
1.2.4 区域性试验 为了对优选品系在不同生态气候区域种植时所表现的植物学特征、丰产性、稳产性和抗逆性进行评价,选择海南澄迈、文昌、白沙和广西合浦、武鸣共5个点2种不同气候类型区布置区域性试验。2015和2016年连续2年试验,参试材料包括‘SC16’和另外6个品系,以‘SC205’为对照。随机区组3次重复,每个小区20 m2,株行距0.8 m×1.0 m。所有区域性试验均是当年3月种植,12月收获,取样测定干物质率和淀粉率。
1.2.5 生产性试验 为了进一步评价‘SC16’产量及综合性能、品种一致性和遗传稳定性等,确定其生产利用价值,选择海南澄迈、白沙,广西合浦、武鸣、平南、桂林和广东湛江扩大种植面积,每个品系333.4~666.7 m2,不设重复。2016和2017年,生产性试验连续2年,以‘SC205’为对照,3月20—30日播种,所有生产性试验施肥水平中等,按期定苗,中耕除草,12月20日—次年1 月30 日采收,测产面积75.0~333.4 m2,取样测定干物质率和淀粉率。
1.2.6 现场鉴定评价试验 2017年3月28日于海南澄迈大丰农场美玉村分别种植‘SC16’和对照‘SC205’各333.4 m2,株行距0.7 m×1.0 m,正常田间管理。每个品系抽取10株测定农艺性状,选择长势一致的133.3 m2收获测产,并取样测定干物质率和淀粉率。
2 结果与分析
2.1 高级品系比较试验
通过1年2地的高级品系比较试验,从表1可见,‘华南16号’的鲜薯产量显著高于对照品种‘华南205’,平均增产超过80%;‘华南16号’干物质率比‘华南205’略低。
表1 2014年‘华南16号’高级品系比较试验结果Tab. 1 Results of advanced line performance test of ‘SC16’ in 2014 |
| 试验点 Site | 年份 Year | SC16 | SC205（CK） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 鲜薯产量 Fresh root yield/(t·hm‒2) | 干物质率 Dry matter content/% | 比对照增产 Increasing ratio/% | 鲜薯产量Fresh root yield/( t·hm‒2) | 干物质率 Dry matter content/% | ||
| 澄迈 | 2014 | 60.95 | 35.0 | 75.06 | 34.82 | 36.0 |
| 文昌 | 2014 | 43.84 | 85.16 | 23.68 | ||
| 平均 | 52.40 | 35.0 | 80.11 | 29.25 | 36.0 | |
2.2 区域性试验
表2 2015—2016年‘华南16号’区域试验结果Tab. 2 Results of regional test of ‘SC16’ in 2015—2016 |
| 试验点 Site | 年份 Year | ‘SC16’ | ‘SC205’ (CK) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 鲜薯产量 Fresh root yield /(t·hm‒2) | 干物质率 Dry matter content/% | 淀粉率 Starch content/% | 比对照增产Increasing ratio/% | 鲜薯产量 Fresh root yield /(t·hm‒2) | 干物质率 Dry matter content/% | 淀粉率 Starch content/% | ||
| 文昌 | 2015 | 43.84 | 37.0 | 30.56 | 97.78 | 23.67 | 41.0 | 30.52 |
| 澄迈 | 2015 | 60.95 | 44.0 | 75.06 | 34.82 | 45.0 | ||
| 合浦 | 2015 | 58.73 | 90.54 | 30.82 | ||||
| 武鸣 | 2015 | 56.04 | 22.30 | 32.90 | 42.16 | 22.50 | ||
| 澄迈 | 2016 | 45.37 | 35.2 | 6.68 | 42.53 | 36.3 | ||
| 白沙 | 2016 | 45.79 | 36.0 | 23.41 | 46.22 | 31.31 | 37.0 | 25.99 |
| 合浦 | 2016 | 42.87 | 39.0 | 84.38 | 23.25 | 33.0 | ||
| 武鸣 | 2016 | 47.59 | 28.0 | 10.02 | 43.25 | 33.0 | ||
| 平均 | 50.15±7.23A | 36.5 | 25.42 | 55.45 | 33.98±7.63B | 37.6 | 26.34 | |
注：同行不同大写字母表示差异极显著（P<0.01）。 | |
Note: Different uppercase letters indicate exeoemely significant difference(P<0.01). |
2.3 生产性试验
表3 2016—2017年‘华南16号’生产性试验结果Tab. 3 Results of productive test of ‘SC16’ in 2016—2017 |
| 试验点 Site | 年份 Year | ‘SC16’ | ‘SC205’ (CK) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 鲜薯产量 Fresh root yield (t·hm‒2) | 干物质率 Dry matter content/% | 淀粉率 Starch content/% | 比对照增产 Increasing ratio/% | 鲜薯产量 Fresh root yield/(t·hm‒2) | 干物质率 Dry matter content/% | 淀粉率 Starch content/% | ||
| 澄迈 | 2016 | 58.71 | 36.5 | 25.9 | 28.22 | 45.79 | 36.3 | 23.4 |
| 白沙 | 2016 | 53.86 | 36.0 | 25.6 | 46.48 | 36.77 | 37.0 | 26.2 |
| 武鸣 | 2016 | 48.17 | 28.1 | 26.7 | 41.18 | 34.12 | 32.8 | 30.3 |
| 白沙 | 2017 | 50.89 | 38.0 | 36.03 | 37.41 | 41.0 | ||
| 武鸣 | 2017 | 44.34 | 34.0 | 13.72 | 38.99 | 38.0 | ||
| 平南 | 2017 | 25.77 | 35.0 | 58.10 | 16.30 | 30.0 | ||
| 桂林 | 2017 | 25.29 | 35.0 | 41.44 | 17.88 | 37.0 | ||
| 湛江 | 2017 | 59.49 | 31.0 | 21.66 | 48.90 | 29.0 | ||
| 平均 | 45.82±13.50 | 34.2 | 26.1 | 35.85 | 34.52±11.81 | 35.1 | 26.6 | |
2.4 现场测产结果
2018年3月14日由农业农村部南亚热作中心组织相关专家在中国热带农业科学院热带生物技术研究所澄迈大丰农场美玉村实验基地对‘华南16号’进行了现场测产。实际种植示范面积666.7 m2,对照品种‘SC205’,于2017年3月28日播种,土壤为沙性红壤,中等肥力水平正常管理,植后11个月采收。选择其中长势一致的133.3 m2测产,实收鲜薯720.86 kg,折合57.21 t/hm2,块根干物质率32.0%;对照‘SC205’实收133.3 m2,实收鲜薯560.71 kg,折合44.93 t/hm2,块根干物质率33.0%。‘华南16号’比对照（‘SC205’）鲜薯产量增产27.34 %,折合干物质增产率23.48%。其结果与历年区域性试验和生产性试验结果相一致,增产达到显著水平。块根干物质率略低于对照,但是干物质产量仍然显著高于对照。
3 ‘华南16号’木薯的品种特性
3.1 ‘华南16号’木薯的植物学特征
‘华南16号’茎秆直立,不分枝,株型紧凑,株高1.8~2.4 m,茎具节,节上有芽点。叶柄互生、较粗,灰绿色,叶柄半直立,长30~40 cm,叶片膜质,掌状分裂至近基部,裂片较宽,7~9片。圆锥花序,顶生或腋生,雄蕊10枚,雌蕊子房3室;蒴果椭圆形,具棱,种子扁圆形,种皮硬壳质,具花纹;块根纺锤形,掌状平伸,结薯集中,大小均匀,块根肉白色。其茎秆直立,抗风,抗倒伏,适合于密植,成熟期8~10个月,在海南一般不开花结果。其株型、叶形、茎秆和薯形见图2。
3.2 ‘华南16号’的品质、产量特性及适宜推广区域
植株矮化,单秆,中部叶柄与主茎夹角小于90°,构成紧凑株型,有利于密植,每666.7 m2可增加20%~30%的株数,达到1200~1300株;鲜薯产量为40~60 t/hm2,比对照品种‘SC205’增产显著;块根干物质率和淀粉率分别为34.2%和26.1%,均略低于‘华南205’;鲜薯氢氰酸含量为29.7 μg/g,与‘华南9号’食用木薯相当[17],远低于食用木薯50.0 μg/g的上限,入口清甜,也可作为食用木薯;块根纺锤形,结薯集中,适合于机械采收[13];植株生长势强,抗轻度涝害渍水,在雨水过多年份或者低洼地段烂根损失率低。综合上述特征,‘华南16号’品种遗传特性稳定,品种优点突出,是综合增产显著的新品种,其适合推广地区主要为海南全境和广西,以及广东沿海地区,可用于乙醇加工、淀粉工业、鲜食和饲料用途。
4 讨论
‘华南16号’木薯新品种源自人工授粉杂交子代,系谱关系清晰,品种特征明显,遗传稳定性和田间一致性好,较耐渍水,块根氢氰酸含量低,是一个多用途的优良木薯品种。亲本选择方面,采用了地理远源亲本‘Q10’与本土推广品种‘华南8号’杂交,即保留了本土品种的适应性,又融合了远源亲本的优良株型,并获得块根产量方面的突破。
‘华南16号’是木薯理想株型育种的一次成功尝试。母本‘华南8号’株型较矮,中高位分枝,父本‘Q10’单秆不分枝,叶柄半直立,在杂交后代筛选出植株矮化紧凑,叶柄变粗,支撑强度增大,中上部叶片半直立,有利于采光和密植。‘华南16号’良好的株型和优异的结薯特性保证了其可以获得高的块根产量,这可能是地理远源亲本间多种遗传效应,加性、显性和上位性互作等,叠加产生了突出的杂种优势。
‘华南16号’将在我国发展木薯粮饲化利用中扮演重要角色。近几年,随着劳动力成本的上升,高价值经济作物（如柑橘、百香果等）的快速发展,木薯种植面积在主产区广西急剧减少,国内木薯酒精和淀粉加工企业由于价格因素也多倾向于进口国外木薯干片。为了应对不利局面,国家木薯产业技术体系及时调整战略,力图在木薯食用与饲用化方面有所突破。但目前我国现有少数食用品种产量较低,急需高产优质食用木薯新品种。‘华南16号’块根产量高,氢氰酸含量低,口感好,可同时作为食用和饲用品种推广。此外,其矮化紧凑株型适合于密植,单位面积的鲜薯及地上部产量都较高,可以提高木薯种植户的经济收入,也可以为国内木薯产业的持续发展注入新动力。
从试验数据来看,‘华南16号’在武鸣及以北地区种植时存在块根干物质率和淀粉率较低的问题。这是由于在块根快速膨大后,偏北地区气温下降导致淀粉积累受阻,需要通过其它栽培措施加以克服,或者采用‘NZ199’等耐低温、高淀粉品种进一步改良。因此,在‘华南16号’品种推广时需有明确的区域标识。