未来,马铃薯必须从单纯的蔬菜转变为重要的粮食安全选择。 考虑到该国可耕地有限,马铃薯产量的提高必须由生产力的增长来带动。 CPRI 马铃薯研发的未来路线图将主要集中在到 34.51 年将马铃薯产量提高到 2050 吨/公顷。该研究所的第二个重点是根据行业以及马铃薯消费者的需求提高马铃薯的质量。经济发展的时代,购买力更高,愿意为所需的品质付出更多。 改善马铃薯储存的研究将成为未来 40 年内降低收获后损失的另一个重要组成部分。
实现目标的策略
为了实现目标并应对预期的挑战,将采用以下七项策略来实现愿景中设定的目标。
- 有效利用遗传资源进行品种改良
• 种质核心种质的分子表征和开发。
马铃薯预选育及遗传改良
野生茄属物种是各种生物或非生物胁迫的多样性的丰富来源,以及尚未开发的理想农艺性状。 为了扩大栽培马铃薯的遗传基础,迫切需要利用这些野生物种的遗传潜力来提高马铃薯产量,从而以可持续的方式解决粮食安全问题。 在利用野生种质保护和可持续利用野生物种、获取野生物种遗传多样性、通过基因组学工具进行基因挖掘活动、系统和综合评估策略、一系列性状的表征、种群发展等方面需要开展国际合作,以及使用分子/基因组学工具进行马铃薯改良。
因此,CPRI 的育种前研究将主要集中在从国际基因库获取野生物种、评估这些野生物种的各种所需性状、通过体细胞杂交和 2n 配子融合开发优良遗传种群、绘制所选群体的种群图谱。性状、核心种质和连锁分子标记可打破马铃薯的产量障碍。
• 绘制种群图谱并进行预育种,包括体细胞杂交,以开发更广泛的基因库。
• 杂种优势和杂种优势提高了马铃薯的生产潜力。
杂交马铃薯
尽管世界范围内开发的所有马铃薯品种都是杂交品种,但由于亲本系不是近交系/纯系,因此杂交优势/杂种优势并未充分发挥其潜力。 有性产生的真正的马铃薯种子(TPS)有望用植物种子而不是块茎种植马铃薯。 几乎所有病毒都无法感染 TPS,从而避免种子质量恶化。 培育可以用真种子繁殖和生长的马铃薯品种的问题之一是农艺性状缺乏一致性。 TPS 的异质性是由于父母的杂合性造成的。 由于高度近交抑制和自交不亲和性,马铃薯无法产生纯系/近交亲本系。 在半栽培马铃薯中,自交不亲和性抑制基因(Sle)是已知的。 可以通过 CASPER-CAs 技术在栽培马铃薯中编辑该基因,以产生性状特异性纯合亲本,从而利用杂种优势。
• 短期马铃薯品种和群体的开发、加工、淀粉生产、耐热和耐旱性、生物胁迫耐受性、养分利用效率、 哈里夫 赛季, 出口、早期膨胀和 TPS 群体。
2. 生物技术在马铃薯改良中的安全应用
- 结构基因组学和生物信息学,用于开发定性和数量性状的强大分子标记。
- 功能基因组学,用于发现目标性状的基因,例如晚疫病持久抗性、耐热性、高温块茎、更好的水和养分利用效率。
- 蛋白质组学和代谢组学,用于块茎形成、光合作用、光同化物分配、淀粉代谢、类胡萝卜素和类黄酮合成、储存蛋白质质量、加工质量的基础研究。
- 转基因无标记和位点特异性整合的技术开发。
- 开发转基因马铃薯,提高对生物/非生物胁迫的抗性/耐受性,并改善营养和加工质量。
3.鼓励优质种植材料生产
- 低成本、高效大规模繁殖方法的开发和标准化——气培法、生物反应器技术。
育种者种子生产
目前CPRI每年生产约30,000公担核和种薯种子,仅足以满足该国对健康马铃薯种薯的需求。 然而,考虑到到 125 年马铃薯产量将从 3.62 万公顷增至 2050 亿吨,育种种子的供应可能会供不应求。 CPRI 的目标是在 2020 年、2030 年、2040 年和 2050 年生产核心种子和育种种子,分别达到 33,000、36,000、39,000 和 42,000 公担。 由于用于种子生产的额外可用土地的限制,CPRI 农场增加育种种子数量的范围有限,因此正在探索与其他政府组织(例如 SAU)的合作。
• 病媒动力学及其对种子质量的影响。
• 使用无融合生殖和单单倍体开发纯合 TPS 群体
4. 基于资源的规划和作物管理
- 开发基于信息技术的决策支持系统/工具,用于气候变化情景下的作物调度和杂草、养分、水、疾病和害虫的管理。
- 技术标准化可改善碳固存和土壤健康。
- 开发通过精准农业和微灌溉提高投入使用效率的技术。
马铃薯微灌
微灌溉(滴灌和喷灌)可以在植物根部区域内和周围进行高频浇水。 该系统可用于化肥和农药的施用,从而有效利用生产投入。 马铃薯的根系稀疏且浅,作物消耗的近70%的水分来自上层30厘米土层。 根据气候条件、土壤类型、生长季节长度、品种持续时间、作物用途和灌溉方法等,需要400-600毫米的灌溉水。CPRI开发了用于马铃薯作物的微灌溉技术。 通过灌溉施肥,在植物根区附近灌溉(滴灌)施用养分,以在整个作物生长期提供最佳的水分和养分。 喷灌施肥也是一项新技术,通过喷灌机将养分(特别是氮)直接叶面喷洒到叶子上。这些灌溉/施肥方法可节省用水(约节省 30-50%),同时产量提高 15-30%最多可节省 25% 的化肥。 该技术已被该国不同地区的马铃薯农民采用,然而,古吉拉特邦可能被认为是采用现代灌溉方法的榜样,因为该邦在包括马铃薯作物在内的微灌溉技术方面采用率最高。 因此,古吉拉特邦的马铃薯产量是印度最高的。
5. 生态友好型作物保护
- 对新病原体/害虫种群的基因组变异性和动态进行编目(病原体组学)。
- 使用微阵列和纳米技术开发在实验室和现场水平检测病原体的诊断方法。
- 有益微生物的生态学和管理,以提高作物生产力和疾病管理。
便携式量油尺套件
该研究所开发了便携式试纸套件,用于基于单一病毒或两种病毒组合的侧流免疫测定对主要马铃薯病毒进行现场检测。 这些套件便于携带,易于任何利益相关者(包括农民)在田间使用,以确定马铃薯作物的健康标准。 这些套件经过 AICRP (P) 中心和进步种植者的验证后,由农业部长阁下在 ICAR 成立日发布。
六、鼓励马铃薯节能储存和多元化利用
- 针对农场内外高温储存的技术改进。
- 开发马铃薯多样化利用(包括废物利用)的新工艺、产品和利用技术。
- 食品强化以提高加工食品的营养质量。
- 降低血糖指数的技术。
7. 加强机构与农民之间的交流以促进技术传播
- 比较农场盈利能力研究各种作物对 GDP 贡献的能力,以提供有效的政策输入。
- 通过传统和现代扩展工具的最佳组合进行熟练的技术传播。
前沿研究主题
CPRI 将在其未来的研发议程中使用以下前沿研究主题。
• 开发转基因马铃薯以应对高风险地区,即。 生物和非生物胁迫、质量提高和更广泛的适应。
早熟中性品种
该研究所未来的重点将是在马铃薯改良领域开发基因组学、转录组学和其他组学等技术。 这些基因和等位基因以块茎和成熟而闻名,因此,在不久的将来,我们将竭尽全力开发在 50-60 天成熟并能够适应各种作物序列的品种。
• 加工领域:冷切削品种的开发。
• 种子部门:在非传统地区生产马铃薯种薯。
• 卫生部门:开发低血糖指数和高抗氧化剂含量的马铃薯。
• 鉴定重要性状的新基因和标记。
• 全自动马铃薯收获机,节省劳动力。
• 参照块茎进行马铃薯蛋白质组学和表型组学研究。
• 将通过等位基因挖掘和重测序开发下一代分子标记SNP,参考抗病性和品质性状。
• 将开发生物风险智能系统(监测不同病原体和害虫的种族模式以及预警系统),以便在地方、区域和国家各级做出明智的决策。
• 信息通信技术、地理信息系统和遥感选项将用于了解和减轻气候变化和全球变暖的不良影响,确定新的马铃薯种植区,并开发决策支持系统来应对迫在眉睫的复杂挑战。
到 2050 年 CPRI 的相关性
在政府运营机构快速私有化和撤资的影响下,人们显然会想,像 CPRI 这样的政府部门机构到 2050 年是否仍然具有重要意义? 答案并不简单直接。 可以肯定的是,这些机构将不得不严重依赖通过私人合作、咨询项目和提供定制解决方案而产生的自产资源来维持生存。 CPRI 已经开始将其气培和生物肥料(B-5)等技术商业化。该研究所快速响应和适应新形势的非凡能力使其成为 2050 年生存的合适人选,而且该研究所预计届时将成为全球马铃薯研发的卓越中心。
CPRI 已做好充分准备,不仅可以保持其作为该国首要马铃薯研发组织的地位,而且还可以成为全球领先的研究机构。 这种信心并非一厢情愿,而是基于研究院多年来的努力打造的世界一流设施。 作为由来自 26 个国家的 14 个国际机构组成的联盟的印度成员,CPRI 已经开始了通往这一目标的旅程。 到 2050 年,CPRI 将不仅是跨国马铃薯研究项目的贡献合作伙伴,而且将成为全球马铃薯研发的研究领导者,特别是热带和亚热带地区。