我国近30a梨育种研究进展与今后工作建议
摘要:阐述了新中国梨资源与育种工作成就。包括梨种质资源收集、保存、评价、利用、起源、演变;引种、芽变选种、实生选种、杂交育种、诱变育种、、砧木育种、遗传规律研究;以及组织培养、基因工程、分子标记、遗传图谱构建等。提出了今后应加强对核心种质的挖掘评价,培育具有自主知识产权、品质优良、抗病虫、抗逆性强、自花结实、栽培省工、外观鲜艳的新品种;还有整合育种资源、加强分工协作,创新育种技术,提高育种效率。
中图分类号:S661.2 文献标识码:A 文章编号:1009—9980(2010)06—987—08。
我国是世界梨属植物最主要的起源地之一,遗传多样性丰富。起源于中国的梨约有13个种,其中野生种分布广泛,栽培种呈区域分布。南方分布着砂梨、华北分布着白梨、东北是秋子梨的发源地,而西北分布着新疆梨。梨还是中国果树栽培分布最广的树种之一,东起黄海之滨、西至天山南北;南起两广云贵、北到宁蒙吉黑,到处都有梨树的栽培。
我国梨品种选育历史悠久,但真正有意识地、系统科学地开展品种选育工作还是近代的事。尤其是建国以来,我国梨品种选育工作进展很快。1949年东北农业科学研究所兴城园艺试验站(现中国农业科学院果树研究所)首开先河,随后,浙江农业大学(现浙江大学生命科学学院)于1955年也开始有计划地进行杂交育种。1956年,我国制定第一个科学技术12a规划之后,许多科研院所、大专院校都相继开展梨品种选育工作。特别是近30a来。在广大科技工作者共同努力下,取得了可喜成就。
梨属于蔷薇科(Rosaceae)梨亚科(Pomoideae)。中国梨属于东方梨(Oriental pears or Asian pears)种群,包括13个种,其中栽培种4个,野生种9个。
我国从50年代末开始,在国家有关部门指导下,先后开展了果树资源的大规模考察,初步查清了我国梨的野生种、半野生种、栽培种的分布和品种组成。1979年以来,国家在不同生态区相继建立了5个梨树种质资源圃,即“国家果树种质兴城梨、苹果圃”、“国家果树种质武昌砂梨圃”、“国家果树种质公主岭寒地果树圃”、“国家果树种质云南特有果树及砧木圃”和“国家果树种质新疆名特果树及砧木圃”:此外,中国农科院郑州果树研究所、河北省石家庄果树所、山西省果树所、大连农业科学院等单位也各有侧重地建立了不同规模的梨种质资源圃。迄今为止,全国共收集、保存梨种质资源18个种2800余份材料。
1.2.1 梨种质资源的评价 在资源调查、收集和保存的基础上,我国学者对梨资源进行了比较系统的整理和分类研究,并对部分资源进行了鉴定和评价。如山东莱阳农学院对一些同名异物或异名同物的材料作了鉴别,通过形态特征和风味品质的比较,花粉观察和授粉试验以及同工酶分析等证实山东的慈梨、恩梨、冰糖子梨、金香梨等品种都属于茌梨群内品种。陈瑞阳等、黄礼森等通过对我国梨的野生种和400多个品种(系)进行染色体数目鉴定,发现了26个多倍体类型。曹玉芬等通过对我国715个品种(系)的成熟期进行了鉴定评价,筛选出了10个极早熟品种(系)、51个早熟品种(系)、198个中熟品种(系)、456个晚熟品种(系);通过对707个品种(系)可溶性糖进行评价,鉴定出来10个高糖(<11%)类型;胡红菊等、蔺经等对我国砂梨进行抗黑斑病鉴定评价,筛选出一批抗性种质。
1.2.2 梨种质资源的利用 在对梨种质资源鉴定和评价的基础上,很多果实性状优良的品种被直接应用于生产,如酥梨、鸭梨、鹅梨、雪花梨、库尔勒香梨、南果梨、金花梨、苍溪雪梨、鸡腿梨、茌梨、长把梨、苹果梨、大香水梨、天生伏梨、大黄梨等。一些果实品质较差但其他性状优良的种质被用作杂交亲本或研究材料。如原产云南的火把梨,虽果实品质较差,但具有红皮鲜艳的外观和丰产抗病的特点,因而被用作培育红皮梨的亲本;再如三倍体杏叶梨和野生种类的木梨、豆梨、秋子梨等被用作梨属植物核型分析的材料等。
1.2.3 梨种质资源的起源演化 我国许多学者采用不同方法对梨属植物的起源演化进行了深入研究,揭示了它们之间的演化顺序。如滕元文等,应用RAPD标记,对梨树植物18个种类,特别是原产东亚种的系统关系进行了研究,建立了基于亲缘关系的系统树,把梨属植物分为两大类:即东方梨和西洋梨,这标志着2个系统是独立演化的。豆梨类(PeaPears)包括杜梨是现存梨属植物中最原始的种类,东亚主栽的白梨、砂梨和日本梨可能起源于共同的祖先P.pyrifolia,可将白梨看作是砂梨的1个生态类型或变种:P.pyrifolia vat Sinensis(Lindley)Teng etTanabe。李秀根等采用数量化分析方法,对我国13个种类的梨花粉形态7个性状进行了聚类分析,结果表明:不同种间的相似距离系数存在一定差异,种间相似距离系数在0.2215～5.0675变化,最大值与最小值相差23倍。根据聚类分析结果,把供试的13个种划分为4个种群。若把豆梨看作是最原始的种,从豆梨到白梨它们的遗传相似距离越来越大,显示出它们的亲缘关系越来越远,白梨是最进化的种类。
2.1 选育方法与成就。
2.1.1 引种我国有文字记载的梨引种是1871年美国传教士一J.L.Nevius引入巴梨(Bartlett)等西洋梨18个品种至烟台。改革开放之后,我国加快了从世界各地引种的步伐。先后从意大利、英国、美国、德国、新西兰、比利时、日本、韩国等国引进大量的种质资源。据不完全统计,迄今为止,我国约从国外引进梨种质资源100多份,其中一些材料经过短时间的栽培试验,现已用于生产,产生了较大经济效益。部分优良品种见表1。
2.1.2 选种 1)芽变选种。我国梨芽变选种始于20世纪70年代后期,相继选出了多个不同类型的优良芽变品种(系),如鸭梨大果芽变巨鸭梨、魏县大鸭梨、晋县大鸭梨、巨鹿大鸭梨、天海大鸭梨:鸭梨自交亲和性芽变金坠梨和阎庄鸭梨;还有内质、果皮、树姿芽变甜鸭梨、光鸭梨、垂枝鸭梨等旧。再如砀山酥梨早熟、大果型芽变6901(良梨早酥)和大果白酥梨㈣;库尔勒香梨大果芽变沙01;金花梨大果芽变金花4号;南果梨红皮和大果芽变红南果和大南果;早酥梨极早熟、红皮芽变六月酥和早酥红:新高早熟芽变金秋∞等。上述品种在全国各地都有栽培,有些已发挥较大的作用,有些用作研究材料。
2)实生选种。实生选种也取得了一定成就。如浙江大学(原浙江农业大学)已故果树育种家沈德绪教授从茌梨的实生后代中选育出高产优质的杭青;中。
国农科院果树研究所从车头梨实生后代中选育出树体矮小、丰产稳产、适合制汁的矮香;上海市农科院园艺所从新水实生后代中选育了成熟早、品质优的品种早生新水;河北衡水林业局从鸭梨实生后代中选出对黑星病免疫品种金玉等。据不完全统计,我国通过实生选种共选出梨新品种10多个,在梨产业中发挥了积极的作用。
2.1.3 杂交育种 近30年来,我国科研院所和大专院校约有39个单位、80多位专业研究人员从事梨杂交育种工作,现已选育出近百个各具特色的新品种。它们有的丰产优质、有的抗病、有的适应性强、有的果实外观艳丽、有的极早熟、有的晚熟耐贮运。其中一些品种已大面积栽培,给生产者带来可观的收益,为我国梨产业做出了极大贡献,其杂交新品种的贡献率约占梨产业的40%。各育种单位所选品种见表2。
2.1.4 诱变育种 目前果树上主要采用物理诱变的方法,即利用Co—γ射线对休眠枝条、种子或花粉进行照射处理,从变异类型中选择新的优系。如内蒙古园艺所李志英等利用Co—γ射线照射苹果梨、朝鲜洋梨、早酥和锦丰的休眠枝和生长枝,经嫁接筛选,从朝鲜洋梨的辐照材料中选出了朝辐1号等优良新品系。山西省农业生物技术研究中心采用。Co—γ射线照射发芽过程中的巴梨种子后选育的新品种晋巴等。上述品种各具特色,具有一定的利用价值。
2.1.5 砧木育种我国科技工作者从70年代末期开始进行梨矮化砧木的选育工作,取得了一定的成绩。如中国农业科学院果树研究所1980年从锦香梨自然实生苗中选出的紧凑型矮化砧木中矮1号和中矮2号,通过嫁接鉴定、比较试验,证明上述矮化砧作中间砧能使栽培品种树体矮化、早果丰产。矮化砧本身具有抗枝干腐烂病、轮纹病等特性,与栽培品种嫁接亲和性好。山西农科院果树所1980年利用梨属种或品种(系)间有性杂交的方法选育出矮化、嫁接亲和性好、易繁殖、抗逆性强的K系矮化砧木,现正在栽培试验中。
蒲富慎研究认为:果实大小属于数量性状遗传,受多因子控制。顾模等研究指出:梨种间杂交后代的抗寒性与亲代及后代中秋子梨血缘的多少呈正相关,表现为基因的累加效应,子代的抗寒力普遍下降向弱的一方呈单向回归。沈德绪等研究认为:实生苗的平均干径生长量和平均童期之间不存在显著的负相关。王宇霖等的研究结果表明:梨杂种后代果实大小的平均值均小于亲中值;圆形和扁圆形对圆锥形和卵圆形似乎为显性;果皮黄绿色对褐色为显性。李秀根等研究表明:梨的早实性或童期无论是种间杂种或种内杂种,其后代均表现出广泛的分离,并具有趋中性,早实性或童期是多基因控制的数量性状。汤浩茹等研究认为:梨的抗病性对感病性为显性。80%以上的供试组合F1对黑星病的抗感分离比可用4对基因控制的抗病性来解释。何天明等研究认为:香梨的小果型遗传能力较强,群体遗传水平为53.9%;果面红晕为质量性状,用香梨育红皮梨切实可行。丁立华研究认为:果实质量、果实形状和果形指数呈数量性状遗传,后代性状表现为亲本微效多基因的累加效应。李俊才等研究认为:梨果实含糖量表现为数量性状,呈正态分布,遗传传递力平均为90.8%。杂种后代果实含酸量为数量性状:果实肉质性状表现为质量性状,脆肉对软肉为显性。张绪萍等研究认为:梨杂种后代叶面积与果实纵径、果形指数之间存在显著相关;叶柄长度与单果质量、果实纵径、横径、果形指数之间具有极显著的正相关性:叶柄长与叶宽呈显著正相关。果实纵径、横径与单果质量之间,果形指数与单果质量、纵径、横径之间存在极显著正相关。
4 生物育种技术。
4.1 组织培养。
梨的组织培养近年来报道较多。如戴洪义等在20世纪80年代首先作了报道。韩继成等报道了用TDZ诱导冀蜜和丰水梨离体叶片形成不定芽。韩文璞等以2a生树的春梢为试材。研究了黄金梨的组织培养和快速繁殖途径。李晓玲等研究了光对苹博一号梨试管苗生长的影响。及华等研究了梨S系矮化砧和S4的芽及茎尖外植体中多酚氧化酶总酚含量及组织培养褐化率的变化及其间的关系。曾艳玲等。蚓以3个自交梨组合的未成熟种胚为试材,研究不同组合的生长进程和生长状况。
4.2 基因工程。
4.2.1 遗传再生体系建立。
徐凌飞等建立了八月红和水晶梨叶片再生体系,再生频率分别为100%和77.8%。孙清荣等利用红安久和绿安久叶片获得不定梢的再生率分别是85.7%和100%。杨芳等以秋子梨的春梢茎段和无菌叶片为试材,探讨不同激素配方对叶片再生的影响。有关这方面的报道还很多。
4.2.2基因克隆张大生等从红巴梨果皮中克隆出花青素生成相关基因—f3h。乌云塔娜等克隆了梨S19—Rnase。杨谷良等阁克隆了梨S35_RNase。衡伟等克隆了梨S4O_RNase和S41 Rnase。陈新等克隆了梨一法尼烯合成酶基因。蒋豪等克隆了中矮1号梨PGIP基因。宋长年等以砂梨果实cDNA为模板,克隆得到EXP基因cDNA片段,该片段长465bp。根据该片段序列,分别设计2条5’和3’末端扩增的特异引物,利用RACE技术,获得了该片段的5’端和3’端序列。用DNAMAN5,22软件对3个序列进行拼接和分析,获得了该基因的cDNA全长,命名为Pyp—EXP。
4.2.3 转基因研究赵瑞华等通过采用光诱导绿色组织特异表达的启动子Rubisco—activase驱动,将具有光谱真菌抗性的Rs—afp1基因导入到西洋梨中,并进行了转基因植株的再生与分子生物学鉴定。汤绍虎等将CrylAc基因转入雪青梨并通过Souther—blot鉴定,确定了再生转化植株。孙清荣等以梨韧皮部特异表达启动子AtSUC2驱动,将GUS基因转入梨砧木Old Home无菌叶片,并对再生植株进行分子生物学鉴定。随后又对转基因植株中外源基因的表达情况进行分析,结果表明:无性繁殖转基因植株中GUS基因没有发生丢失与沉默,可以稳定遗传。
4.3.1 主要性状分子标记分子标记在梨树上多集中在遗传多样性分析、亲缘关系鉴定、指纹图谱构建等方面,而真正对主要经济性状的分子标记报道较少。田义轲等获得了1个与矮化基因pcDw连锁距离为9.3 cM的SSR标记KAl4210,由此将该基因定位到了梨品种巴梨(Barlett)遗传图谱的第16连锁群上。贾彦利等165l获得了一个与控制梨树矮化性状基因pcDw连锁距离为8.3 cM、长度为940 bp的RAPD标记S1172/940。
4.3.2 遗传图谱构建孙文英等利用AFLP和SSR标记,分别构建了早美酥x八月红F1群体分子遗传图谱和鸭梨×京白梨F1群体分子遗传图谱。前者包含145个AFLP标记,分属20个连锁群,每个连锁群包含4～20个标记,平均为9.06个标记,图谱。