我國核桃楸遺傳育種研究進展

摘要 主要闡述了我國核桃楸遺傳資源保護、良種選育及苗木繁育等方面的研究進展，并有針對性地提出了我國核桃楸遺傳改良中存在的不足及對策。

關鍵詞 核桃楸；遺傳育種；扦插；嫁接；組織培養

中圖分類號S792.132文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10721-03

基金項目遼寧省科學技術計劃重大項目（2011207002）。

作者簡介馮健（1978- ），男，遼寧沈陽人，高級工程師，從事林木遺傳育種、分子生物學、土壤微生物學研究。

核桃楸（Juglans mamdshurica）為胡桃科胡桃屬落葉喬木，是我國東北地區重要的珍貴用材樹種，為國家Ⅱ級珍稀樹種，在我國主要分布于東北地區的小興安嶺、完達山脈、長白山區和遼寧東部，華北地區有零星分布。核桃楸材質好，有光澤，刨面光滑，紋理美觀，并具堅韌小裂、耐腐等優點。因此，其用途廣，經濟價值高，為軍工、建筑、家具、車輛、木模、船艦、運動器械、樂器和高檔家具的優質原料；還可作嫁接核桃的砧木和育種的材料。核桃楸是珍貴的木本糧油樹種之一，經濟價值極高。其種仁營養豐富，含脂肪550%、蛋白質19.5%、糖15.1%，種仁即能直接食用，也能作為特色食品的添加劑原料。核桃楸還具有很高的醫藥應用價值，其樹皮及葉可藥用，具有消熱解毒、抗癌等作用。此外，其果核是加工高級工藝品的好原料，利用果核制作各種工藝花瓶、木貼畫，具有很高的觀賞價值和收藏價值[1]。筆者全面總結了我國核桃楸遺傳改良取得的進展，并提出了我國核桃楸遺傳改良中存在的不足及對策，以期為我國核桃楸遺傳改良提供參考。

1核桃楸良種選育研究現狀

我國核桃楸良種選育研究以種源選擇和家系選擇為主，隨著科學技術的發展，分子標記技術被引入到核桃楸遺傳多樣性分析中。另外，還有一些關于核桃楸雌雄花發育、種子園建設、優樹選擇等方面的零星研究。相對于其他樹種而言，核桃楸良種選育研究相對滯后，今后應在優樹選擇、種子園建設、分子育種等方面加大研究力度。

1.1核桃楸種源選擇研究進展核桃楸種源選擇研究始于20世紀90年代。劉桂豐等根據核桃楸的形態性狀等指標，探討了東北地區核桃楸最佳種源地和種源區的區劃，將東北地區的核桃楸種源劃分為4個種源區，即長白山完達山種源區、吉林中部淺山種源區、遼寧東部種源區、小興安嶺松花江地區種源區，確定了吉林舒蘭種源為最佳種源[2]。楊書文等研究表明，核桃楸生長性狀與地理因子顯著相關，呈現為西南-東北的變異趨勢，越靠近分布區西南部的種源生長量越大。生理生化性狀同樣呈現為西南-東北的變異趨勢。以晚霜危害率為代表的適應性狀表現為：那些生長量大的種源，春天萌動得晚，受晚霜危害輕；而靠近分布區東北部的生長量小的種源，受晚霜危害較重。上述結果說明，核桃楸的生長性狀、適應性狀和形態性狀是以經向變異為主、緯向為輔的經緯雙向漸變為規律的，地理變異總趨勢受緯度和經度的雙重控制，但以緯度影響略大，呈現東北到西南的變化趨勢[3-4]。李廣玉等對林口縣青山林場3個種源的核桃楸1年生苗高生長變異進行了分析。核桃楸種源間和種源內部存在豐富變異，變異系數范圍在26.0%～32.7%，平均值為287%。種源間苗高差異極顯著，其中，鐵力種源高生長較快；穆棱種源高生長最差；最優種源與最差種源高生長相差25%[5]。褚憲麗等對15年生核桃楸種源（3個）試驗林進行了研究，寶龍店種源的變異最大，牡丹峰種源的變異最小，牡丹峰種源生長性狀與其他種源相比差異顯著且保存率最高，為優良種源[6]。張含國等[7]對林口縣青山林場3個種源的7年生核桃楸子代林材料進行研究分析，其3個種源樹高、胸徑變異系數分別為32.17%和43.25%，穆棱種源樹高變異最大，鐵力種源胸徑變異最大，迎春種源生長性狀變異都小。種源間差異達顯著或極顯著水平，鐵力、穆棱種源7年生高生長快慢家系差距較1年生分別縮小650%和5.4%，迎春種源則擴大67.7%。袁顯磊收集了13個核桃楸自然分布區種源，這些種源在千粒重、種子長度和種子直徑均存在極顯著差異。東京城種源種子長度、種子直徑及千粒重均優于其他種源；撫松種源種子直徑最寬，種子長度較長，千粒重僅低于東京城種源；鳳城種源種子長度和直徑均最小，千粒重稍高于美溪種源。美溪種源千粒重最輕，說明飽滿度較差。2個試驗點的種子長度與苗高的相關系數較接近，表明該種相關性較穩定，可用其作為評價核桃楸幼苗高生長情況的一項指標。對13個種源1年生播種苗苗木生長情況進行分析，發現興隆元寶山試驗點撫松種源最好，苗高、基徑生長量分別比13個種源平均值高出21%和22%，其次為綏陽、和龍、興隆種源[8]。

1.2核桃楸的家系選擇研究進展近年來，研究人員開展了大量核桃楸家系選擇研究。李廣玉等對3個種源的127個家系間比較表明，家系間苗高差異極顯著，苗高前10名家系中有鐵力種源9個家系、穆棱種源1個家系，最優家系鐵力12號苗高達36.1 cm。后10名家系中有穆棱種源5個家系、迎春種源2個家系、鐵力種源3個家系，前者比后者高生長快 138%[5]。 褚憲麗等在林口縣青山林場對15年生胡桃楸的家系（45個）試驗林進行了研究，從45個家系中初步選出DC1、DC3、DC4、DCS、DC7、DC10、DC13、DC14和LQ7 9個優良家系，入選率為20%，樹高、胸徑遺傳增益分別為1333%和17.02%，入選家系的樹高、胸徑的平均值分別為418 m和3.69 cm，分別超過樹高、胸徑平均值的 24.40%和1640%[6]。張含國等[7]在林口縣青山林場對迎春、鐵力、穆棱3個種源的122個家系7年生核桃楸子代林材料進行了分析，初選出家系Y14、T44、T47、T54、Y30、T42、Y19、Y4、M20、Y15、Y31、Y22和Y21共13個，其樹高、胸徑分別比家系均值高出44.8%和46.9%。袁顯磊對60個優良家系依據單位面積生產力的大小評價候選母樹，單位面積生產力（r）大于1.0的家系有XL2、XL5、XL6、XL7、SY1、SY8、MS6、FS3、FS5、FS8、FS9、FS10、HN6、HL6、HL8 共 15 個。采用育種值綜合評分法和性狀水平法綜合選擇出優良家系10個，占入選家系的167%，其分別為XL6、SY10、FS7、FS9、FS10、HN1、HN2、HN3、HN4和HL10，排在最后的HL10號家系子代超過家系子代平均育種值39.34%，其苗高和基徑性狀水平值分別為75分和67分；在53個增選家系中，根據獨立淘汰水平法選擇優良家系4個，占入選家系的7.5%，其分別為DC12、XBK、XB4、FC8，4個優良家系子代的苗高與基徑均超過家系子代均值1118%[8-9]。

1.3核桃楸遺傳多樣性的分析研究進展隨著生物技術的發展，分子標記技術被引入到核桃楸遺傳多樣性分析中，有助于核桃楸良種選育研究。王宇首次將SRAP技術應用于胡桃楸的研究中，建立起胡桃楸的SRAPPCR反應體系。同時，在國內胡桃楸主要分布區域的東北地區選取17個點，采集160份野生種和10份日本引進種作為材料，對隨機并均勻抽取每個省份的30份材料進行了SRAP分子標記，結果表明胡桃楸17個居群有效等位基因數在1.204 8～1.299 2，根據有效等位基因數、Shannon多樣性指數和Nei基因多樣性指數所揭示的遺傳多樣性規律，認為佳木斯居群具有較高的遺傳多樣性，而佐家群遺傳多樣性則偏低。胡桃楸的變異主要存在于居群內，占變異總數的72.95%，居群間的遺傳變異占27.05%（P<0.001）；遺傳距離與居群的地理距離之間存在顯著相關性（r=0.677 8，P<0.01）。胡桃楸17個居群間遺傳相似系數在0.54～0.94，在遺傳相似系數0.54處，17個居群明顯分為2大類群，佐家居群中的核桃楸為日本引種，其種源相似性與我國野生種較小[1]。王東娜等采用ISSR分子標記技術對胡桃楸集中分布區內6個種群共180個樣本的遺傳多樣性進行研究。在物種水平上胡桃楸的Shannon信息指數為0.452 1，Nei指數為0.302 4，表明物種水平的遺傳多樣性較高；在種群水平上遺傳多樣性隨緯度從南到北呈現單峰型變化規律，老爺嶺種群的遺傳多樣性最高，三合種群最低。AMOVA分析結果表明，胡桃楸的遺傳變異大多數存在于種群內，占總遺傳變異的81.83%，18.17%的變異存在于種群間。基于Nei’s遺傳多樣性分析得出的種群間遺傳分化系數為0.161 8，各居群間的Nei’s遺傳距離在0.047 0～0.122 5。UPGMA聚類分析的結果與自然地理分布規律基本相一致，地理上較近的種群在遺傳上聚在一起。胡桃楸表現較高的遺傳多樣性說明胡桃楸瀕危的主要原因不在其遺傳變異方面，主要來自于人為干擾和其生境的破壞與退化。因此，其野生種質資源及其生境的保護不容忽視，尤其是特殊生境群體和在分類與遺傳上具有不可替代的獨特性的種群需優先保護[10-11]。

2核桃楸苗木繁育技術研究進展

2.1核桃楸播種育苗技術研究進展核桃楸一般采用播種育苗，播種前對種子選出大而重、種仁飽滿、無病蟲害的種子，當年11月混沙層積，翌年4月上旬播種，按行距30 cm開溝，溝深5～7 cm，采用點播，覆土3～5 cm。6月中旬追尿素1次，每公頃用量225 kg，8月下旬追施1次過磷酸鈣，每公頃追施300 kg，天氣持續干旱時要對苗木適時澆灌[9]。除了對核桃楸播種育苗技術進行研究外，有學者對核桃楸苗期光合特性進行了研究。光合作用是樹木最重要的生理過程，決定著樹木年碳平衡以及碳代謝和物質生產之間的關系。王凱等研究了胡桃楸幼苗對光的需求及適應規律，結果表明：春季，胡桃楸幼苗對光反應不敏感，這是由于在葉片形成初期，輸導組織支持組織發育尚不完善；夏季，胡桃楸幼苗的光合能力達到最大，不同光處理間差異顯著，尤其是全光處理高于其他3種處理，但全光處理的暗呼吸速率也達到最大值，光合產物很大一部分被呼吸消耗；秋季，全光處理的胡桃楸幼苗光補償點和暗呼吸速率顯著降低，以適應外界環境光強下降，有助于通過利用弱光降低呼吸來增加碳積累，從而繼續維持其生長。暗呼吸是植物正常生長發育的物質和能量源泉，由于幼嫩組織呼吸速率大于衰老組織，正在生長組織的呼吸速率大于成熟組織，使胡桃楸幼苗葉片春季和夏季的暗呼吸速率顯著高于秋季（P<0.05）。生長期間的環境光強一般不會影響表觀量子效率，然而，較長時間的強光照射會引起光合作用的光抑制，使光合量子效率降低。全光處理的胡桃楸幼苗表觀量子效率在秋季顯著下降（P<0.05），說明幼苗經過長期強輻射可能發生了光抑制。這些結果均表明，在夏季，全光處理抑制了胡桃楸幼苗生長，而60%自然光處理更有利于胡桃楸幼苗的生長和碳的凈積累，可避免發生光抑制，因此是2～3年生幼苗最佳生長光環境[12]。

2.2核桃楸無性繁育技術研究進展目前，核桃楸無性繁育方式主要包括嫁接、扦插、組織培養等，研究較多且較深入的是扦插和組織培養技術。

核桃楸扦插插穗應選擇無病蟲害健壯帶腋芽的半木質化枝條（髓心沒有形成中空），取直徑6～8 mm的枝條上部4～6 cm作為插穗，每穗保留2個以上芽，上端平剪，下端斜剪，剪口光滑，而且切口與芽距離為1 cm左右，每復葉留2～4片小葉，其他小葉片全部去除，并將保留的復葉去除50%，插穗采用200×10-6ABT生根粉浸泡2 h。圃地應選擇交通方便、便于管理、土地平坦或緩坡土壤肥力較高的微酸性至中性的沙質壤土，疏松透氣，團粒結構好，無特殊病蟲害，水源充足水質良好排灌方便，環境清潔衛生插床為高床，苗床寬1.2 m，長度根據地形而定上鋪10～15 cm左右粗沙，再覆5～6 cm厚腐殖土插前2 d用0.5%高錳酸鉀溶液澆透插床，進行土壤消毒，苗床需用薄膜起拱覆蓋。扦插時地溫應高于10 ℃，扦插株行距為10 cm，扦插深度為2 cm左右。苗床用遮陽網遮蔭，遮光度前期控制在60%～80%，中后期控制在30%～40%。扦插時澆透水，夏季每天噴水2次，早晚各1次，保持土壤相對濕度85%、空氣濕度90%左右，苗床內溫度以25 ℃為宜[13-15]。鑒于核桃楸扦插生根較難，徐程揚等探討了插穗內含抑制物質對生根的影響。核桃楸母樹體內存在生根抑制物質。枝皮內的生根抑制物質含量隨母樹年齡的增加而提高。核桃楸幼年期（尤其3年生以內）母樹枝條內生根抑制物質含量差異相對較小，但7年生以上母樹枝條中生根抑制物質含量較3年生以內母樹枝條大幅度提高。生根抑制物質含量在高生長旺盛期枝皮內最低，在休眠期含量最高；平茬具有較強的生理復幼作用，根萌枝條皮內的生根抑制物質含量較低；插穗在扦插過程中皮內生根抑制物質含量逐漸降低[16]。

組織培養作為一項重要的生物技術，具有非常大的潛力。很多學者從外植體、基本培養基、激素等方面對核桃楸組織培養進行了研究。張建瑛等研究表明合子胚為外植體時最易形成胚性愈傷組織，外植體最佳取材時期為5～6月。胡桃楸胚性愈傷組織最適誘導為 MS+1.0 mg/L 2，4D+0.5 mg/L 6-BA；體細胞胚的誘導、發育和分化的適宜的培養基為附加蔗糖60 g/L、水解酪蛋白700 mg/L時不添加任何生長調節物質的MS培養基[17]。姜思佳也得到類似的結論[18]。朱紅波等提出取中期胚做試材為宜。KT2，4D組合對誘導體胚發生有顯著作用。中期胚接種于H+2.0 mg/L KT+0.3 mg/L 2，4D+3%蔗糖培養基，體胚發生誘導率可達30%，具有實際應用價值[9，19]。趙舒野以胡桃楸未成熟的合子胚為外植體誘導體胚發生，對胡桃楸愈傷組織發生過程中生理生化指標的差異，不同濃度的碳源、氮源、ABA處理對體胚成熟的影響，以及體胚發生過程中的生理生化指標進行研究，結果表明蔗糖處理下愈傷組織的成熟率要高于不同濃度的葡萄糖處理，1.0%蔗糖處理下胡桃楸愈傷組織的成熟率最高為72.1%。在胡桃楸愈傷組織成熟處理過程中，水解酪蛋白和谷氨酰胺可以替換。2.0 mg/L ABA處理下的胡桃楸愈傷組織的成熟率最高為76.1%，其長勢佳，幾乎無褐變，分化能力強，呈淡黃色、疏松的狀態[20]。

3核桃楸遺傳改良存在的問題及建議

3.1對野生遺傳資源保護力度不夠，良種選育進程滯后胡桃楸作為優良的硬闊葉能源和用材樹種在我國栽培利用已有悠久歷史，以其生態效益、經濟效益和社會效益顯著而被人們所喜愛。但由于開發利用較早，種子庫低效，系統化、規模化的生產基地缺乏，資源收集和保護、推廣滯后等多項原因使其分布范圍及種群數量明顯減少，如不及時給予重視，寶貴的胡桃楸基因資源將迅速消失。針對目前現狀，今后應重點開展野生資源的收集、保護和利用，結合雜交育種技術，創制核桃楸新品種、新種質。

3.2生物技術育種應用較少隨著生物技術的飛速發展，植物組織培養、分子標記輔助育種、基因工程育種等已在農業和林業上大量應用。但是，核桃楸遺傳改良研究中還只是單單使用分子標記技術，大量分子生物學手段仍未在核桃楸遺傳改良中應用。因此，應加快核桃楸分子技術研究，盡早突破核桃楸組織培養技術，建立核桃楸遺傳轉化體系，開展核桃楸基因克隆等研究，為核桃楸遺傳改良提供分子途徑。

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