遠緣雜交培育李杏砧木研究初探*

楊 麗，王玉柱，李 鋒，孫浩元，張艷波，張俊環，姜鳳超，張美玲

（1 北京市林業果樹科學研究院，100093）（2 吉林省農業科學院果樹研究所）（3 國家林業和草原局杏工程技術研究中心）（4 農業農村部華北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室）（5 北京市落葉果樹工程技術研究中心）

砧木對于果樹的生長、適應性、抗性、產量及果實品質形成具有重要影響[1]，利用矮化砧木實行密植栽培，符合果樹生產省力化、機械化的發展趨勢，是實現果樹早實、豐產、優質、高效的重要措施，選育適應性廣泛、抗性強、矮化的砧木也是果樹育種工作的重要內容。杏和李都是我國重要的果樹樹種，栽培歷史悠久、種質資源豐富，并以其獨特的風味和豐富的營養在果品市場占有一席之地，杏和李育種也是近年來的熱點，全國各地選育出各具特色的杏和李新品種[2]。但是，我國杏和李的砧木育種研究相對起步較晚，目前生產中多用同屬或近緣屬植物，如中國李、櫻桃李、歐洲李、西伯利亞杏、普通杏、遼杏、山桃、毛桃、毛櫻桃等的實生苗作砧木，缺乏優良無性系砧木品種（系），導致苗木質量參差不齊，樹體生長和果實品質受到影響，一定程度上制約了我國杏和李產業的發展[3-4]。由于我國大部分杏和部分李生長在冬季嚴寒、土壤瘠薄、天然降水缺乏的地區，且人工成本日益昂貴，選育抗寒、抗旱、根系發達、適應性強、易于無性繁殖的矮化砧木品種（系）迫在眉睫。遠緣雜交是種質創新的重要手段，目前已經利用這一技術取得了豐碩的育種成果[5]，在砧木育種方面，柑橘、櫻桃、蘋果、桃等樹種均利用遠緣雜交技術育成了砧木品種（系）并推廣應用[6-10]。選擇合適的親本材料配置雜交組合，在大蕾期進行授粉，能夠克服遠緣雜交不育問題，獲得雜種后代[5]。一方面，野生、半野生資源一般具有較強的抗性，能夠拓寬種質的遺傳背景，多被選作遠緣雜交砧木育種的親本材料；另一方面，遺傳背景越豐富的親本所產生的可育雜交后代適應性越強，更適宜作砧木[11]。杏和李親緣關系近，二者雜交能夠獲得后代，‘李梅杏’‘紫杏’都是杏和李的天然雜交后代[12]。曾燁等[13]和李鋒等[14]的研究表明，以李為母本、杏為父本的遠緣雜交能夠獲得雜交后代。許多通過杏和李遠緣雜交選育出的鮮食品種已被推廣種植[15-17]。牟蘊慧[18]以杏和李栽培品種為親本、利用遠緣雜交技術選育出抗寒矮化的杏樹中間砧，以上研究為杏和李的砧木育種提供了參考。目前，以李、杏野生或半野生種質資源為親本進行砧木育種研究未見報道。本研究借鑒前人經驗和研究成果，選擇目前廣泛用作杏和李砧木且具有野生、半野生背景的種質資源和生產中表現良好、符合本研究育種目標的栽培品種為親本，配置雜交組合，開展遠緣雜交，旨在為選育抗寒、抗旱、適應性廣泛、矮化的杏和李砧木品種（系）奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 親本選擇與雜交組合配置

選擇173、‘巴黃李’‘小黃李’和‘北國紅’為母本。173為廣泛應用于我國東北李產區的中國李（P.salicinaL.）栽培品種‘六號李’與吉林野生西伯利亞杏（A.sibiricaL.）或遼杏（A.mandshuricaMaxim.）自然雜交實生后代，兼具杏和李的特征，具體表現為花期介于杏和李之間，花冠大小、花瓣形態近似李，萼片紫紅色近似杏；1年生枝顏色近似杏；果實無毛、有果粉近似李；果核大小、核面紋路近似杏。‘巴黃李’和‘小黃李’為原產于我國東北地區的中國李，可鮮食、作砧木，‘巴黃李’抗寒、抗旱[19]，‘小黃李’極抗寒、耐澇[20]。‘北國紅’為抗寒紫葉李品種，觀賞鮮食兼用，是中國李與櫻桃李（P.cerasiferaEhrh.）的雜交后代，母本為‘孔雀蛋’實生，父本為遼寧省野生紫葉李[21]。選擇遼杏（A.mandshuricaMaxim.）、山杏（A.sibiricaL.）及普通杏（A.valgarisL.）品種‘串枝紅’為父本。山杏為北京市延慶地區半野生資源，植株矮化、抗旱、抗寒；遼杏為吉林省野生資源，抗寒；‘串枝紅’為我國華北杏產區廣泛種植的鮮食加工兼用品種，豐產、穩產、抗性強。共配置12個雜交組合（表1）。

表1 遠緣雜交組合

1.2 花粉采集與人工雜交

采集父本充分膨大、尚未開放的花蕾，剝取花藥，收集花粉，待花粉完全干燥后，密封保存在冰箱冷藏室中備用；母本大蕾期進行人工去雄后立即授以父本花粉。母本樹每個主枝授同一父本的花粉，即每個主枝雜交組合相同，授粉后計數標記，每個組合授粉300朵花以上。母本樹由位于吉林省公主嶺市的國家寒地種質資源圃提供，樹齡、生長條件和栽培管理水平一致；父本花粉采自北京市林業果樹科學研究院杏、李種質資源圃。

1.3 各雜交組合不同果實發育時期的坐果率變化

分別于授粉后10、20、40 d和采果期4 個節點統計各雜交組合坐果率，并比較授粉后3個階段即10～20 d（第一階段）、20～40 d（第二階段）和40 d～采果期（第三階段）坐果率下降幅度。

坐果率下降幅度（%）=［（前一節點坐果率－后一節點坐果率）/前一節點坐果率］×100

1.4 不同雜交組合效果評價

以授粉后不同果實發育天數的坐果率為指標評價各雜交組合效果，越接近采果期的坐果率對雜交組合效果評價作用越大。首先利用Excel相關性分析，求得授粉后10、20、40 d和采果期4 個節點與采果期坐果率的相關系數，然后將不同組合坐果率與各節點相關系數相乘計算加權坐果率，再將各時間節點加權坐果率按照從高到低排序，序數依次為1～12，最后將每個組合4 個節點的序數相加求和，數值越小評價排序值越小，雜交組合效果越好。

1.5 不同親本雜交效果評價

分別將含有同一父（母）本的雜交組合效果評價排序值相加，數值越小則表示該父（母）本雜交效果越好。

1.6 數據分析

試驗數據使用Microsoft Excel 2013進行統計及圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 果實發育時間與坐果率變化

由圖1可知，各雜交組合在相同的果實發育時期內坐果率不同：授粉后10 d，坐果率為7.92%～73.89%，組合7‘小黃李’×遼杏坐果率最低，組合12‘北國紅’ב串枝紅’坐果率最高；授粉后20 d，坐果率為7.55%～58.22%，依然為組合7‘小黃李’×遼杏坐果率最低，組合12‘北國紅’ב串枝紅’坐果率最高；授粉后40 d，坐果率為0.27%～4.91%，組合3 173ב串枝紅’坐果率最低，組合7‘小黃李’×遼杏坐果率最高；采果期，坐果率為0～4.53%，組合3 173ב串枝紅’、組合6‘巴黃李’ב串枝紅’坐果率最低，組合7‘小黃李’×遼杏坐果率最高。各雜交組合坐果率隨果實發育時期延長呈現下降趨勢，且越接近果實成熟，坐果率越低。

圖1 各雜交組合不同果實發育期坐果率

由圖2可知，各雜交組合坐果率下降幅度普遍呈現出在授粉后20～40 d（第二階段）最大、10～20 d（第一階段）最小、40 d～采果期（第三階段）居中的趨勢。但組合11‘北國紅’×山杏授粉后40 d～采果期坐果率下降幅度小于授粉后10～20 d，組合7‘小黃李’×遼杏授粉后40 d～采果期坐果率下降幅度與授粉后10～20 d 相近；組合2 173×山杏、組合3 173ב串枝紅’、組合6‘巴黃李’ב串枝紅’授粉后40 d～采果期坐果率下降幅度略高于授粉后20～40 d。

圖2 各雜交組合授粉后不同階段坐果率下降幅度

2.2 不同雜交組合效果評價

授粉后10、20、40 d和采果期4個節點與采果期坐果率的相關系數分別為-0.59、-0.34、0.85和1，各雜交組合不同時間節點加權坐果率排序如表2 所示，以不同果實發育時期坐果率的加權排序為指標的12 個雜交組合效果評價中，效果最好的是組合7‘小黃李’×遼杏，其后依次為組合8‘小黃李’×山杏、組合9‘小黃李’ב串枝紅’、組合4‘巴黃李’×遼杏、組合5‘巴黃李’×山杏、組合2 173×山杏、組合10‘北國紅’×遼杏、組合11‘北國紅’×山杏、組合3 173ב串枝紅’、組合1 173×遼杏、組合12‘北國紅’ב串枝紅’和組合6‘巴黃李’ב串枝紅’。

表2 不同雜交組合效果評價

2.3 不同親本雜交效果評價

分別將以遼杏、山杏和‘串枝紅’為父本的各雜交組合效果評價排序數相加，結果見表3。其中以山杏為父本的各雜交組合效果序數和最小，說明3個父本材料中，以山杏為父本的雜交組合效果最好，其次是遼杏和‘串枝紅’，但遼杏和山杏為父本的雜交組合差異不大。

表3 不同父本雜交效果評價

分別將以173、‘巴黃李’‘小黃李’和‘北國紅’為母本的各雜交組合效果評價排序數相加，結果見表4。其中以‘小黃李’為母本的各雜交組合效果評價序數和最小，明顯小于以其他3 個為母本的雜交組合，說明4個母本材料中以‘小黃李’為母本的雜交組合效果最好，然后依次為‘巴黃李’、173和‘北國紅’。

表4 不同母本雜交效果評價

3 討論與結論

3.1 親本選擇與雜交組合配置

已有的杏和李遠緣雜交研究表明，以李為母本、杏為父本，并選擇自然坐果率高的品種作母本更容易克服遠緣雜交障礙獲得后代[13-14,22]；相對于栽培品種而言，野生、半野生資源抗性強、遺傳背景豐富，更適宜用作砧木；杏花期早于李，便于花粉采集和雜交工作的開展。所以本研究結合育種目的，選擇不同種的4份李作母本、3份杏作父本配置12 個雜交組合，旨在初步篩選適宜的李和杏遠緣雜交砧木育種材料。結果表明，‘小黃李’‘巴黃李’、山杏和遼杏比173、‘北國紅’‘串枝紅’更適宜作為李和杏遠緣雜交砧木育種的親本材料；‘巴黃李’×遼杏、‘小黃李’×遼杏、‘小黃李’×山杏和‘巴黃李’×山杏的雜交組合收獲了數量相對較多的雜交果，‘巴黃李’ב串枝紅’和173ב串枝紅’的雜交組合沒有得到雜交果，其他雜交組合收獲的雜交果數量較少。

3.2 果實發育期與坐果率

授粉后即進入果實發育階段，本研究結果表明，杏、李遠緣雜交坐果率隨果實發育期呈下降趨勢，與王發林等[23]、呂雪等[24]研究結果一致。遠緣雜交需要克服一系列的生殖障礙才能獲得有生命力的雜交種子，從柱頭識別花粉開始，花粉粒萌發、花粉管生長到胚胎發育是一個漫長而復雜的過程，期間任何一個環節出現問題，都會導致果實發育停滯而造成落果，直接表現為坐果率降低。蔡勝文[25]對仁用杏為母本、扁桃為父本的遠緣雜交受精過程進行熒光觀察，結果表明，授粉后6 d 可以完成受精過程；馬瑞娟等[26]對桃、李間遠緣雜交授粉親和性的研究表明，以桃為母本、李為父本的遠緣雜交，3%的花能夠進行正常的雙受精，胚珠的受精時間為8～10 d，不能完成受精的胚珠在授粉后30 d 內部結構開始解體。本研究結果表明，各雜交組合果實發育的3個階段坐果率明顯下降，且多在授粉后20～40 d 下降幅度最大，主要是未完成受精過程導致的生理落果，與核果類果樹的生理性落果原因相同，此外，大風、暴雨、冰雹等氣象因素及動物和人為的破壞，也會造成坐果率的降低。

3.3 本研究的局限性與下一步設想

相對于我國杏和李豐富的種質資源、廣袤的分布地域和復雜多樣的生長條件，本研究的親本選擇和雜交組合配置均有很大的局限性；另外缺乏對試驗植株的必要保護，使得果實發育期間受到氣象因素、動物和人為破壞而損失掉部分雜交果，雖然試驗條件一致，但可能會造成試驗結果的一定偏差。未來一方面要加強利用篩選出的親本選育李杏砧木的研究力度，培育更多數量的雜交苗，開展抗性評價、砧穗互作、快繁體系建立等方面研究；另一方面應該根據不同產區地理條件和氣候類型配置更多雜交組合，深入挖掘我國李杏砧木育種資源，選育符合各地多樣化生產需求的李杏砧木。