文 / 興旺

我國既是食糖生産大國，也是食糖消費大國。甜菜是我國制糖工業的重要原料，但目前我國甜菜種植業95%以上的種子依賴國外進口，在自主研發和技術應用等方面面臨着嚴峻的挑戰。這一現狀需要我們總結和思考。

實驗室裡栽培的葉用甜菜

2020年的中央經濟工作會議指出，“保障糧食安全，關鍵在于落實藏糧于地、藏糧于技戰略。要加強種質資源保護和利用，加強種子庫建設。要尊重科學、嚴格監管，有序推進生物育種産業化應用。要開展種源‘卡脖子’技術攻關，立志打一場種業翻身仗”。國家深知種子是現代農業的基石，是農業的“芯片”，一旦種子行業出現類似芯片的事件，其危機程度甚至要超過科技行業。

食糖是涉及國計民生的生活必需品，也是醫藥和食品工業等産業的重要基礎原料。我國既是食糖生産大國（全球排名第三），也是食糖消費大國（全球排名第二）。甜菜是我國制糖工業的重要原料，它的種植與生産已經成為我國北方及邊疆地區的支柱性經濟産業，重視甜菜育種具有重要的現實意義。

如何加工甜菜種子

在甜菜生産中，為了保證農民的積極性，必須提高種植甜菜的經濟效益。在目前農民勞動強度 大和人工種植成本迅速提高的背景下，在甜菜生産中推廣機械作業和高産高效農藝技術尤為重要。

機械化精量播種和紙筒育苗移栽對種子的要求較高：首先是發芽率要高于95%；其次是要使用丸粒化包衣種子（即用黏着劑把殺蟲劑、殺菌劑、肥料、植物生長調節劑和填充劑等粘在種子 表面，然後加工成大小形狀無明顯差異的球形單粒種子）。這樣才能确保每穴播的種子能苗齊、苗壯，從而保證種植密度。

糖用甜菜種子

目前，我國甜菜種植業95%以上的種子依賴國外進口。我國種子與國外種子的差距主要有三點。首先，是在種子丸粒化的各種添加成分配方與丸粒化工藝上，如國内丸粒化的種子播種遇水後不能有效地産生崩裂縫，從而影響種子的正常呼吸出苗。其次，是甜菜種子的加工分級技術與設備落後，不能将成熟度不好的種子有效地篩選和淘汰，直接影響發芽率。最後，是沒有完全掌握醒芽技術，經過醒芽處理的種子發芽率高且發芽提早、整齊。目前我國尚未完全解決上述技術難題，如發芽率雖然可以達到90%以上，距離國外先進水平隻有一步之遙，但也是最難提高的一段距離，從而限制了我國自主培育的優良甜菜單胚型種子的推廣應用，給甜菜産業帶來了潛在的安全隐患。未來，我們應繼續完善支撐條件，實現甜菜種子生産的專業化、機械化和信息化，在種子精選、分級、磨光、包衣、丸粒化和包裝的全鍊條提高工藝和設備水平。

如何搜集和保存甜菜種質資源

農作物種質資源是農業科學及其産業的根本和基礎，是實現農業持續和跨越式發展，維護糧食、生态安全和農村穩定的戰略性資源。農作物種質資源也是農作物育種的基礎，是農作物産量、品質、抗逆性和适應性取得突破的關鍵。農作物野生資源在長期的自然選擇過程中形成了豐富的優良性狀，蘊藏着大量的高産、優質、抗病蟲、抗旱和耐寒等優良基因，保存着豐富的遺傳多樣性，是人類賴以生存和發展的重要物質基礎。

現今，世界範圍的甜菜種質資源收集工作劃分為亞洲闆塊、東歐和西北歐闆塊、地中海闆塊以及北美闆塊四大闆塊，由不同國家的參與者進行搜集。亞洲闆塊的人員主要負責搜集甜菜的野生種和栽培種質，搜集地區包括伊朗、印度、中國及日本，由伊朗和印度對甜菜種質的産量、質量及抗病性進行評價，并評價其耐高溫的情況。東歐和西北歐闆塊的人員搜集的地區包括西班牙北部（野生種）、西班牙内陸（栽培種）、保加利亞、羅馬尼亞、阿塞拜疆和烏克蘭（基輔，多粒種），由英國伯明翰大學負責儲存甜菜種質。地中海闆塊由多個國家的工作人員分工合作：土耳其在黑海和西北愛琴海地區搜集特有資源；埃及搜集紅海及西地中海海岸地區資源；摩洛哥搜集普通甜菜；法國搜集内陸和沿海品種；意大利搜集希臘、西班牙和北非多國的野生及栽培甜菜品種。北美闆塊的研究人員負責搜集地區包括西班牙的北部和東北海岸，伊朗的西北山區及海岸地區，印度的西北山區、高地及東北山區及海岸，埃及區域（當地古老品種），紅海海岸地區，希臘東部地區，土耳其内陸地區，以及叙利亞、黎 巴嫩、伊拉克和羅馬尼亞等國。

目前已知甜菜的起源中心位于地中海沿岸，我國沒有甜菜野生資源。國内現有的甜菜種質資源絕大部分來源于蘇聯、波蘭和民主德國。由此也導緻了我國甜菜種質資源遺傳基因狹窄，制約了我國在甜菜不同基因型和特優異種質資源材料的改良、創新等方面的研究。

我國将作物種質資源定位為确保我國農業長期發展的戰略基礎，對于應對各類自然風險、保障國家糧食安全和維護中華民族永續發展具有不可替代的作用。基于此，我國在1986年建立了國家種質庫。其保存對象是農作物及其近緣野生植物的種 質資源，這些資源是以種子作為種質的載體，其種子可耐低溫和耐幹燥脫水。國家種質庫由1個長期庫（北京）、1個複份庫（青海）、10個中期庫和43個種質圃組成。這10個中期庫分别是國家農作物種質保存中心（北京）、國家水稻中期庫（浙江杭州）、國家棉花中期庫（河南安陽）、 國家麻類作物中期庫（湖南長沙）、國家油料作物中期庫（湖北武漢）、國家蔬菜中期庫（北京）、國家甜菜中期庫（黑龍江哈爾濱）、國家煙草中期庫（山東青州）、國家牧草中期庫（内蒙古呼和浩特）和國家西甜瓜中期庫（河南鄭州）。

黑龍江大學新建的國家甜菜種質中期庫

作為10個國家級專業農作物種質資源中期庫之一，黑龍江大學國家甜菜種質中期庫也是我國唯一的甜菜種質資源庫，承擔着甜菜種質資源繁 種更新、種子活力監測、種質資源搜集與鑒定、種質資源分發利用和種質資源田間展示等重要任務，目前保存了來自全球24個國家的甜菜種質資源1700餘份，規模位列全球同類庫第三、亞洲第一。

2019年，農業農村部批準對甜菜種質中期庫進行改擴建，将全庫種質資源保存能力由目前的0.5萬份擴大到2萬份，建設多功能一體化的甜菜種質資源中心、打造甜菜種質資源開放共享與服務平台、形成甜菜種質創新和人才培育高地，預期通過該項目建設，滿足全國甜菜種質保存、育種創新和産業化等方面的重大需求。國家甜菜種質中期庫運行溫度為零下4℃，濕度45%，環境條件由兩台制冷除濕機（一用一備）通過傳感器自動控制，并可以通過手機等終端進行遠程監測，以保證庫體安全穩定運行。

如何開展甜菜的生物育種

生物技術能夠突破基因在動物、植物和微生物之間的轉移，從而極大地拓寬了種質資源的利用範圍，而且可以直接進行不同基因型的早期選擇，提高育種效率，縮短育種年限和減少工作量。針對甜菜的生物學和遺傳學特性，将傳統雜交育種與生物育種技術相結合，可以快速得到人們需要的目标品種。

​俄羅斯美食——紅甜菜湯（圖蟲創意 供圖）

花藥（小孢子）培養 雜交育種周期長和效率低的一個主要原因就是需要不斷分離個體，直到高世代才能獲得遺傳純合且性狀穩定的個體。花藥（小孢子）培養是将經過減數分裂的單倍體花粉培養成單倍體，然後加倍為二倍體後代，具有遺傳純合快、育種年限極大縮短和育種效率高的特點。花藥和花粉培養技術已發展為成熟的現代生物技術，并得到了廣泛的應用。但想要通過此途徑獲得單倍體甜菜植株較其他作物困難得多，存在誘導頻率低和重複性差等問題。

未授粉胚珠培養 即将甜菜未授粉的胚珠接種在添加了單一激素或激素組合的培養基上誘導生成單倍體植株的技術，可以加速穩定雜種性狀、提高選擇效率和大量快速生産純合系，然後經田間試驗鑒定、選擇及配合力測定後，可以篩選出高配合力品系用于優勢育種。此外，配子體離體培養過程中可能引起基因突變，利用未授粉胚珠培養技術可以 篩選出突變體，創造新的性狀。應用未授粉胚珠離體培養技術，有助于建立具有抗病、高糖和豐産特性的甜菜突變體的快速篩選體系。

轉基因技術 是以高效和穩定的植物外植體作為轉化對象，如甜菜的葉柄、下胚軸、胚珠和花藥等，采用農杆菌介導或基因槍法，通過植物組織培養過程獲得表達特定基因的轉基因植株。國外早在1987年就開展了甜菜的轉基因實驗，獲得了抗甜菜胞囊線蟲的轉基因植株。此後，美國和日本相繼獲得了抗甜菜壞死黃脈病毒和夜蛾類害蟲的轉基因植株。最成功的案例是美國孟山都公 司和德國拜耳公司研發的抗草甘膦除草劑的轉基因甜菜。

紅甜菜和鷹嘴豆泥（圖蟲創意 供圖）

在甜菜種植中，雜草的存在一直是個大問題。雜草會與甜菜搶奪肥料、水和陽光，不僅增加了對肥料的需求，還容易影響産量。大規模種植中，傳統上有三種鋤草方式：一是機械化鋤草，但這種方式不僅需要設備，也需要操作成本，而且鋤草時難免傷到甜菜；二是用除草劑，但傳統的除草劑毒性比較大，而且對甜菜也有影響；三是人工鋤草，但高昂的勞動力成本使得這種方式很難實施。所以，在現代農業的背景下，轉基因技術可以大大地節約除草和播撒農藥等環節帶來的人力物力成本，從而提高農民的經濟收入。

目前，中國農業大學、山東大學和内蒙古大學等高校的研究人員經過不斷實驗，獲得了抗凍、耐鹽和抗植物病毒的轉基因甜菜。如果國家政策允許且條件成熟，能夠迅速培育出一批抗逆性較強并具有優良生産性狀的甜菜品種。

紅甜菜葉（圖蟲創意 供圖）

雖然甜菜的起源中心不在我國，加上其重要性不如水稻、玉米和大豆等主糧品種，故甜菜的栽培和育種研究在國内一直比較薄弱，但是糖和棉、麻一樣都是關系民生的重要物資，具有重要的戰略意義。世界正迎來百年未有之大變局，國際形勢比較嚴峻且複雜，而甜菜産業對進口種子的依賴程度較高，需要引起科研工作者的高度重視。近年來，我國也加強了作物種質資源庫的建設，采取了作物遺傳性狀大規模精準鑒定等措施，相信甜菜的育種工作會迎來一個快速的發展階段。

（本文圖片除說明外，均由譚文勃提供）

作者單位：黑龍江大學

本文為《大自然》雜志2022年第3期原創文章，未經授權不得轉載或建立鏡像。

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