基于S基因型的梨樹授粉品種自動配置系統

齊開杰　張曉斌　郭成寶　孫永平　吳巨友　張虎平　張紹鈴

摘要：梨是典型的配子體自交不親和果樹，自交授粉結實率低，生產中須合理配置授粉品種才能獲得理想產量。通過鑒定梨品種的S基因型可為梨園合理配置授粉品種提供依據；因此，筆者收集、整理現有已鑒定的梨品種S基因型，建立基于S基因型的梨樹授粉品種自動配置系統。該系統的主要功能包括后臺數據維護管理，以及基于S基因型、花期、地區適栽性等因素為用戶提供查詢、對比梨樹品種授粉親和性的功能，并推薦適宜的授粉品種。該系統包括計算機端網頁查詢系統，并創新建立移動設備端入口，應用便捷，對生產實踐具有重要意義。

關鍵詞：梨；S基因型；授粉品種；自動配置系統

中圖分類號：S126；S661.204 文獻標志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0396—03

梨是我國乃至全世界的主要水果之一，目前我國梨樹栽培面積為113.7萬hm²，總產量為1 626.6萬t，分別占世界梨樹栽培總面積、總產量的70.1%、69.0%（FAO，2012）。生產中合理配置授粉品種對于提高果實座果率具有重要意義。梨樹有數千個品種，常見的栽培品種也有數百種，我國梨樹分布面積廣，各地區均有其適栽品種。梨樹分屬白梨系統、砂梨系統、秋子梨系統、新疆梨系統、西洋梨系統等，其樹體結構、果實性狀、栽培管理措施差異性較大。

梨屬于典型的自交不親和性果樹，絕大多數梨品種自花授粉不結實，生產中須合理配置授粉樹或采用人工授粉等輔助措施才能保證坐果。此外，梨屬果樹還存在品種間雜交授粉不親和現象。研究表明，梨自花授粉不結實、品種間雜交授粉不結實受S基因控制，表現為自花授粉或相同S基因型品種間授粉不結實，只有不同S基因型的品種相互授粉才能正常結實。S基因型的鑒定及應用對于生產實踐中合理搭配品種、保證梨樹授粉受精、促使梨果高產及穩產具有重要意義。

1 S基因型的研究進展

日本最早對梨S基因型進行研究，利用田問雜交試驗的坐果率判斷親本的S基因型。坐果率小于30%則2個品種雜交不親和，品種的S基因型相同；坐果率大于60%為親和，品種的S基因型不同。日本學者應用該方法首先鑒定出S₁～S₇-RNase等7個S基因。該方法的研究結果最直接，但田間試驗周期長，且雜交授粉結實率受環境因素影響較大。

張紹鈴等應用花柱離體培養法將不同品種異花授粉后切取花柱，經過培養，觀察花柱基部是否長出花粉管來鑒定S基因型。該方法雖省工、高效，但對試驗條件和操作技能要求較高。

Sassa等通過分離鑒定梨花柱中的可溶性蛋白質（IEF-PACE和2D-PACE）來確定S基因型，但此方法操作復雜且技術要求高。

通過比較分析日本梨S₁～S₇基因HV區、內含子序列的差異，建立S基因DNA水平的PCR-RFLP檢測體系。以此方法分離的S基因可直接確定其屬于S₁～S₉中的哪個類型，而無法檢測S₁～S₇以外的S基因類型。

江南等利用基因芯片技術對品種豐富的梨進行S基因型鑒定，但該方法過程復雜、費用較高。

隨著生物技術的發展，利用S基因兩端保守區DNA序列的差異特性設計特異性引物，直接對S基因進行PCR擴增。采用該方法已成功鑒定出白梨、砂梨、秋子梨、新疆梨、西洋梨系統部分生物型梨品種的S基因型。該方法技術簡便易行，但分離出的S基因片斷需在Genebank中進行序列比對以確定S基因類型；若找不到與之同源性較高的已知S基因，則須進行目的基因mRNA反轉錄試驗，克隆出S基因的全長序列。該方法確定S基因類型的準確率很高，但試驗過程復雜、費用較高。

我國有近3000個梨品種，目前僅少數品種的S基因型被確定，但其準確性尚有待驗證，且缺少統一整理和規劃。部分主栽品種特別是近年來新鑒定或審定品種的S基因型仍然未知。目前S基因型鑒定主要以發表科研論文為公開手段，使用或了解的主要為科研人員，在實際生產中應用有限。

2基于S基因型的梨樹授粉品種自動配置系統

授粉品種的合理配置首先取決于主栽品種的S基因型，而授粉品種與主栽品種的花期是否重疊，以及對栽培地區的適應性等因素同樣決定授粉品種合理與否。鑒于以上因素，通過收集整理現有S基因型鑒定成果，建立一套較為完整的基于S基因型的梨樹授粉品種自動配置系統，并將不斷完善。該系統根據主栽品種的S基因型、花期、栽培地區自動篩選適宜的授粉品種，為當前梨樹生產提供理論指導。

2.1系統架構

2.1.1平臺注冊 建設專業網站頁面，用于該系統的用戶注冊、登錄、使用，網站地址為http：∥yz2.livefarm.cn/Default.aspx。本系統屬于公益性開發與應用，面向梨樹栽培及研究相關的企業、科研單位、果農、技術員、推廣人員等，并免費提供用戶注冊、查詢、使用，以期改善我國梨樹栽培現狀，提高從業人員的栽培技術水平。

2.1.2系統總體框架設計 通過收集、整理現有品種的S基因型鑒定結果，在南京農業大學梨工程技術研究中心試驗基地調查各品種梨樹的盛花期，結合現有品種對不同地區的適應性，進行適宜授粉品種的對比、篩選、推薦。基于S基因型的梨樹授粉品種自動配置系統總體框架見圖1。

2.2功能介紹

2.2.1梨授粉品種配置庫的建立 梨樹授粉品種的配置主要取決于主栽品種與授粉品種的S基因型、花期相遇性、地區栽培適應性。該系統將各品種特征表示為一組集合，包括梨品種名稱、S基因型、盛花期時間、適栽地區、是否存在花粉敗育、是否優先推薦等，并通過Excel軟件建立梨授粉品種配置庫（圖2），實現系統功能。

2.2.2品種間授粉親和性鑒定 由用戶根據意愿篩選任意2個梨樹品種，分別填人對應欄目中，并選擇擬定植的省（市、自治區）。系統后臺將自動對比2個品種的S基因型、盛花期相遇天數、本省（市、自治區）的適栽性，并在頁面下方分別顯示對比意見（圖3）。

授粉親和性：S基因型有1個或1個以上不同的為“親和”，S基因型完全相同的為“不親和”。地區適栽性：2個品種均適宜該地區栽培為“適宜”，否則為“不適宜”。花期同步性：2個品種的盛花期重疊3 d（或以上）為“適宜”，否則為“不適宜”。備注：若其中1個品種花粉不育或花粉量少，則以紅色字體提示“某某品種花粉不育，不能作為授粉樹，定植時請注意！”。

2.2.3授粉品種推薦 由用戶根據意愿篩選任意1個主栽梨樹品種（以下稱為選定品種），填人對應欄目中，并選擇擬定植的省（市、自治區）。系統后臺將自動對比，篩選并推薦該品種適宜的授粉品種，在頁面下方分別顯示推薦意見（圖4）。

授粉親和性的品種：首先篩選出具有1個或1個以上與選定品種S基因型不同的其他品種；其次，在所選品種群中篩選與選定品種盛花期相遇3 d（或以上）的品種；最后，在所選品種群中篩選后臺標記為“優先推薦”的品種（多為國內外主栽品種），并將品種名列出備選。栽培地區適栽品種：在所選品種群中篩選出適宜該地區栽培的品種（由于各品種地區適栽性難以統一界定，此項單獨列出，僅為用戶提供意見）。備注：若選定品種或篩選出的某一品種花粉不育或花粉量少，則以紅色字體提示“某某品種花粉不育，不能作為授粉樹，定植時請注意！”。

2.2.4授粉樹定植方案推薦 提出幾項生產實踐中常用的主栽品種樹與授粉樹定植方案供用戶參考，最大程度保證主栽品種與授粉品種之間的傳粉（圖5）。

3結語

基于S基因型的梨樹授粉品種自動配置系統可根據不同梨品種的S基因型、花期、地區適栽性等主要因素自動配置或推薦適宜的梨主栽及授粉品種，系統界面簡單易懂，初步接觸梨樹種植的人員也能輕松掌握本系統。系統內的梨樹品種S基因型是在收集整理大量文獻、書籍等專業領域知識的基礎上建立的，并根據南京農業大學梨工程技術研究中心的最新研究成果進行補充完善，保證了系統對比結論的準確性。

系統內各梨樹品種的S基因型多來自現有文獻和書籍，對目前主栽品種和適栽地區較為系統的鑒定和調查尚未形成，在今后的系統完善過程中將優先補充現有主栽品種的相關信息。