以富士為核心親本的蘋果雜交群體的優系篩選*

陳旭強，楊亞州，劉 莉，王 英，武月妮，魏 靜，趙政陽

（1 西北農林科技大學園藝學院，陜西楊凌 712100）（2 白水縣園藝站）

雜交育種是當前培育蘋果新品種的主要方法。由于蘋果自交不親和、異花授粉等特點，以及其基因組高度雜合，導致蘋果雜交后代的性狀變異非常廣泛，果實經濟性狀多呈現退化或趨中變異[1]，而符合育種目標要求的優良單株極少。為了篩選出綜合性狀超過親本的個體單株，育種者需要不斷擴大雜交群體的規模或者增加雜交代數才能選育出較為理想的品種（品系）類型[2]。雜交群體過小時，可供選擇的材料少，通常難以選出綜合性狀優良的個體。“大群體”雜交后代是選育優良蘋果品種的重要保證。目前，“少組合、大群體”的育種思路被廣泛采用，育種單位的雜交后代群體保有量普遍較大[3]，加之受童期長、樹體空間大等因素影響，育種成本成倍增加。

蘋果雜交育種過程主要包括在雜種實生苗階段的針對抗性、野生性狀、植株生長情況的早期預選（初選），將預選個體嫁接至矮化砧上，針對果實性狀的篩選（復選），將復選出的優系集中起來針對綜合性狀進行評價篩選（決選），最后是將決選出的優系在不同地區進行區域比較試驗（區試）從而獲得可以審定的蘋果新品種[4]。初選階段主要淘汰生長勢弱、抗逆性差、易感病、野生性狀明顯的實生單株，選留單株將被嫁接到M26 自根砧上進入復選階段。復選階段以果實品質性狀為主，農藝性狀為輔，進行綜合評價選出優系。復選階段是蘋果雜交育種中最關鍵、最耗時費力的階段，絕大多數的雜種后代在該階段被淘汰，只有極少數果實品質優良、農藝性狀表現較佳的個體進入下一階段的篩選。決選階段是對復選優系集中擴繁并與現有主栽品種的品質性狀和栽培性狀進行綜合比較。為了節約時間，當前育種者普遍將決選階段和區域試驗同時進行。

近年來，課題組按照“少組合、大群體”的育種思路，以品質性狀最優良的富士蘋果為核心親本，以嘎拉、金冠、粉紅女士、秦冠等特色蘋果品種為骨干親本進行雜交。其中，富士×秦冠組合選育出了晚熟紅色品種瑞陽，富士×粉紅女士組合選育出了晚熟黃色品種瑞雪和紅色品種瑞香紅，富士×嘎拉組合選育出了中熟品種秦月和秦韻，富士×金冠組合未選出合適的品種。這些品種中，瑞雪、瑞陽、瑞香紅市場認可度較高。當前，國內蘋果育種單位保存的雜交群體數量龐大，耗費大量的人力物力[5]。為了進一步增強蘋果雜交育種的針對性、提高育種效率，本研究通過統計雜交組合后代各階段的淘汰率，分析優系產出率，進而為雜交后代群體大小的估算提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2007—2010 年，以富士為核心親本，嘎拉、秦冠、粉紅女士和金冠為骨干親本配置雜交組合。獲得的雜交種子沙藏后進行溫室播種和營養缽育苗，最后移栽大田。預選淘汰生長勢弱、易感病、野生性狀明顯的實生單株，在實生苗的第3 年秋季剪取上部飽滿芽嫁接于M26 自根砧，按行株距4.0 m×0.5 m 定植于試驗站蘋果育種復選圃。每年進行輕度修剪，其他管理按一般果園管理方法進行。

本試驗于2018—2020 年每年8—11 月在西北農林科技大學白水蘋果試驗站進行，試驗站地處黃土高原優質蘋果產區。

1.2 果實性狀田間評價方法

由育種專家、學生、田間工人等共20 人組成評鑒小組。于成熟期從外觀、質地、風味和香氣4個方面進行果實感官評價。綜合各個成員的評價結果，作為雜種單株最終的感官評價結果，選出復選優系。評價方法參考國際遺傳資源研究所編制的果樹種質資源評價系統[6]、《果樹種質資源描述符-記載項目及評價標準》[7]、《蘋果種質資源描述規范和數據標準》[8]的性狀描述，并結合課題組的育種經驗加以修改（表1）。

表1 蘋果果實品質性狀評價指標及其標準

2 結果與分析

2.1 雜交后代初選階段選擇淘汰統計

按照“紅色、優質、豐產、抗病、晚熟”的育種目標，以富士為核心親本，嘎拉、金冠、粉紅女士和秦冠為骨干親本配置雜交組合，總共獲得雜交種子58 815 粒，播種獲得雜種實生苗30 579 株（表2）。其中，富士×金冠和富士×嘎拉組合成苗率較高，超過60%，富士×秦冠和富士×粉紅女士雜交組合成苗率在40%左右。

表2 以富士為核心親本的蘋果雜交組合初選淘汰統計

在實生苗（初選）階段以抗病性、野生性狀和株型為主要淘汰指標。主要淘汰生長勢弱、易感病、野生性狀明顯、株型差的實生個體。經過連續3 年的選擇，4 個雜交組合的淘汰率均接近80%。其中，富士×金冠雜交組合最高，達到了81.90%，富士×秦冠雜交組合最低，為77.66%（表2）。

2.2 雜交后代復選階段果實性狀的評價分析

要成為一個蘋果品種，首先需要有優異的內在品質，同時需要有良好的外觀品質。目前，盡管針對果實色澤、硬度、含糖量都開發了便攜式的測量儀器，但是感官評價依然是品種篩選最為簡單和可靠的測定方法。因此，在優系篩選時主要采用感官評價。首先針對外觀品質進行篩選，淘汰果實外觀有較大缺陷的單株，主要考量光潔度和著色2 個方面。果面光潔度主要看果實表面干凈平滑與否，果皮是否光亮。另外，果銹面積與嚴重程度也是影響果實外觀的重要指標。果實色澤方面，目前國內市場上的主流依舊是紅色蘋果品種，對于紅色品種著色程度與面積需要綜合考慮。對綠色和黃色單株，因為果面瑕疵不易被覆蓋，因此果面光潔度和果銹程度要求更高。最后，以果面果銹程度、光潔度和著色3 個指標進行果實外觀品質性狀的評價。

蘋果雜種選育過程中，需選留果實無銹光潔、著色好（紅色）且著色面積≥80%的雜交單株。雜交組合親本中，金冠為黃色品種且果實表面相對比較粗糙，其余4 個親本均為紅色品種且果實表面比較光潔。從2 年的調查數據（表3）可見，各組合2019 年光潔度略高于2020 年，而著色程度略低于2020 年，這可能與不同年份間的降水豐度有關。組合間，富士×粉紅女士組合中果面光潔植株比率最高，2019 年達到了23.75%，2020 年為16.67%；富士×嘎拉組合表現最差，平均只有8.17%。果實著色方面，富士×秦冠組合中達到著色要求的個體占比最高，平均有41.21%；富士×粉紅女士相對較低。綜合來看，實際調查結果顯示各組合中僅有3.42%～8.30%的個體在外觀上達到要求，其中富士×粉紅女士組合比率最高，2 年分別達到8.30%和6.09%；富士×嘎拉、富士×金冠組合比率最低，均不到5%。理論計算的比率小于實際觀察的比率，二者相差約2%，可能是由于果面光潔度和著色程度存在一定程度的正相關。

表3 以富士為核心親本的蘋果雜交后代中果實外觀性狀表現優異所占比率

內在品質的評價主要包括果實質地和風味兩個方面。果肉質地又分為果肉粗細、硬脆程度和汁液含量3 個方面。在復選階段，需要淘汰果肉粗糙、果實質地過硬或綿軟、汁液含量少的個體。果實風味包括酸甜度、香氣，需要淘汰果實風味寡淡、過酸、汁液含量少的個體。以果肉脆度、粗細、汁液含量、果實風味為主要內在品質指標，并以香氣為重要輔助指標對成熟期果實評價分析。以質地松脆、果肉細膩、汁液豐富、口感酸甜、香味協調作為優系選留的參考標準。雜交組合親本中，富士果肉酥脆、細膩、汁液豐富、風味酸甜，內在品質最佳，這也是選擇該品種作為核心親本的重要原因。秦冠果實肉質稍粗、汁液中等偏少、無香氣，質地相對較差，但是抗性強易豐產。其余3 個品種均各具特色。由調查結果（表4）可知，2019 年果實質地和香氣的比率要低于2020 年，而果實風味的比率要高于2020 年。果實質地方面，富士×嘎拉組合表現最佳，兩年結果基本一致，優良個體比率約為57%；富士×秦冠組合表現最差，2019 年僅有37.90%的個體達到要求，這說明秦冠果實質地的遺傳力較強。果實風味方面，富士×秦冠組合表現相對較好，這可能與秦冠果實酸度較低有關；富士×粉紅女士組合相對較差，該組合酸度相對較高，酸、極酸的植株比率合計為20.92%，約是其他組合的2倍，且不少個體的果實有異味。這可能與粉紅女士酸度高、香氣濃的特點有關，后代中極易出現過酸或香氣不協調的單株。在4 個雜交組合中，雜交后代中具有香氣的果實均超過了30%。綜合來看，富士×嘎拉雜交后代的內在品質相對較高，富士×秦冠雜交后代的內在品質相對最低。

表4 以富士為核心親本的蘋果雜交后代中果實內在感官品質性狀表現優異所占比率

2.3 雜交組合后代群體優系比率

根據“優質、耐貯、易栽培”的育種目標，綜合外觀品質、內在品質以及初選的淘汰率，獲得各雜交組合中符合育種目標的優系的產出率（表5）。

表5 以富士為核心親本的蘋果雜交組合后代群體優系篩選情況

理論計算數據顯示，4 個雜交組合中，2019 年雜交后代的外觀品質優于2020 年，但內在品質要劣于2020 年。符合目標的復選優系率最高的是富士×粉紅女士組合，其余3 個組合復選優系率在0.4%左右。結合群體初選淘汰率，以雜種實生苗為基數進行計算，4 個雜交群體的優系的產出率在0.07%～0.16%，集中在0.1%左右（表5）。

實際調查結果顯示，4 個雜交組合中，2019 年雜交后代的外觀品質優于2020 年，但內在品質是2020 年優于2019 年，與理論計算結果一致。4 個雜交組合中優系比率除了富士×秦冠組合其理論值比實際值大1 倍外，其余3 個組合理論值與實際值差異不大，優系比率集中在0.1%左右。富士×嘎拉、富士×秦冠、富士×粉紅女士和富士×金冠4個雜交組合篩選出的優系數量分別為4、2、4、4株，以雜種實生苗為基數進行計算，優系的產出率分別為0.08%、0.05%、0.13%、0.08%（表5）。

3 討論

目前，國內外均重視自主知識產權品種的培育，培育“優質、豐產、易栽培、抗病、耐貯運”蘋果品種是育種者共同的目標。在育種方法上，生物技術育種尚處于起步階段，是研究熱點[9]，而傳統雜交育種仍是蘋果育種中最廣泛和有效的方法。近年來，隨著經費投入的增加，雜交群體規模不斷擴大。育種的針對性和育種目標更加明確，育種策略已經從以前的小群體、多組合向大群體、少組合過渡，各單位保留的雜交實生苗越來越多[10]。為了節省費用，提高育種效率，必須加快早期預先選擇速率，增大淘汰比率。本研究中，富士×嘎拉、富士×秦冠、富士×粉紅女士和富士×金冠4 個組合經過連續3 年的早期選擇，初選淘汰率基本保持在80%左右，僅20%左右的雜交后代進入了復選階段。

雜交后代復選階段果實性狀的評鑒是蘋果雜交育種過程中的關鍵，果實品質評價方法有感官評價和儀器測定2 種[11-13]。本研究選擇簡單易行且具有代表性的果實外觀性狀感官指標果銹、果面光潔度和果皮顏色，內在品質性狀感官指標果實質地、風味，對蘋果雜交群體果實從外觀性狀和內在性狀2 個大方面進行感官綜合評價篩選。綜合來看，富士×粉紅女士和富士×秦冠2 個組合在外觀性狀上表現優異；富士×秦冠組合的內在感官評價最低，這可能與秦冠果肉質地、粗細、果汁含量等果實特性遺傳力較強有關，其次是富士×粉紅女士的組合，這與該群體雜交后代中出現較多風味酸的果實有關，而富士×嘎拉組合內在感官的綜合評價最高。

我國剛開始蘋果雜交育種時，大多數從事蘋果育種的單位只有0.2 萬～0.5 萬株的雜種實生苗，很少有上萬株雜種實生苗的組合[14]。進入新世紀以來，雜交實生苗的數量大幅增加，近10 年來，我國各育種單位進行蘋果雜交育種時，保存了近40 萬株雜種實生苗，是目前雜交群體最多的國家[15]。而國外從事蘋果育種的單位，如新西蘭基本上每年都會選配雜交組合培育上萬株蘋果雜種實生苗，在優系篩選上有很大的余地[16]。

我國自開展有計劃的蘋果育種工作以來，已選育300 余個蘋果品種，通過常規雜交選育的品種有140 余個[17]。早期雜交育種的群體規模較小，中國農業科學院鄭州果樹研究所從僅有的14 株雜交組合中培育出了華帥（富士×新紅星），華冠（金冠×富士）則從130 多株實生苗中選育而來，華妃（華富×金冠）從67 株雜交苗中選育。日本選育出的富士（國光×元帥）是由787 株實生苗中選出的[18]。隨著雜交群體規模的不斷增加，西北農林科技大學從1 294 株雜種實生苗中選育出了晚熟、黃色蘋果新品種瑞雪（秦富1 號×粉紅女士）和晚熟、紅色蘋果新品種瑞香紅（秦富1 號×粉紅女士）[19-20]，從2 365 株雜種實生苗中選育出了晚熟、紅色優質蘋果新品種瑞陽（富士×秦冠）[21]，從3 535 株雜種實生苗中選育出了晚熟優質品種秦脆（長富2 號×蜜脆）[22]，這些蘋果新品種都有望改善富士在我國蘋果種植中一家獨大的局面。

陳學森等[23]認為，要實現基本的育種目標，育成有特色的世界性蘋果“大品種”，雜交組合后代的實生苗群體至少要有3 000 株。本研究中，富士×嘎拉和富士×金冠雜交組合后代群體優系產出率無論是理論計算還是實際調查結果，都為0.8%，由此可推導出雜交組合后代實生苗群體最少要達到1 250 株；富士×秦冠組合理論上優系產出率在0.1%左右，最少需1 000 株雜交后代才可以選出1株符合育種目標的優系，調查發現，其優系產出率為0.5%，雜種實生苗群體最少需要2 000 株，事實上，我們已從2 365 株雜種實生苗中選育出了新品種瑞陽；富士×粉紅女士雜交組合育種目標中果實色澤為紅色時，優系產出率為0.13%，最小群體可為770 株，育種目標中果實色澤為非紅色時，優系產出率為0.1%，最小群體可為1 000 株，實際上，我們已從1 294 株后代中選育出了優良品種瑞雪（黃色）和瑞香紅（紅色），這可提供參考。

本研究選取的4 個雜交組合優系產出率在0.1%左右，即在1 000 株雜交實生苗中可篩選出1株優系，雜交實生苗群體最小可為1 000 株。然而，在蘋果雜交育種中，優系要進一步選擇，通過區試和決選后才能成為新品種，要育成國際性蘋果新品種，所需的雜交實生苗群體會更大，這需要進一步研究。

4 結論

本研究按照既定的育種目標，在只考慮果實成熟期綜合性狀的基礎上，富士×嘎拉、富士×秦冠、富士×粉紅女士和富士×金冠4 個雜交組合后代優系比率分別為0.08%、0.05%、0.13%和0.08%。