油橄榄耐寒杂交育种技术体系的构建.pdf

第48 卷第2 期2023年6 月文章编号：10 0 6-0 9 6 0（2 0 2 3）0 2-0 0 0 1-0 4油橄榄耐寒杂交育种技术体系的构建甘肃林业科技Journal of Gansu Forestry Science and TechnolgyVol.48 No.2Jun.2023张荣，姜成英，吴文俊，赵梦炯，戚建莉，陈炜青，金高明，姚玉芳（甘肃省林业科学研究院国家林业草原油橄榄工程技术研究中心，甘肃兰州7 3 0 0 2 0）摘要：油橄榄产业需要耐寒新品种，常规杂交育种周期长，育种目标可达性低下。为此，总结油橄榄及其相关领域研究成果，结合育种科研实践，构建油橄榄耐寒杂交育种技术体系，包括种质资源收集、DNA指纹图谱、人工授粉、杂交种胚挽救、组培扩繁、温室早期评价6 项技术。总之，体系化杂交育种有望选育出耐寒性能优良的油橄榄新品种。关键词：油橄榄；耐寒；杂交育种；技术中图分类号：S565.703.51The Constracion of Cold Resistant Cross Breeding文献标识码：ATechnology System of Olivedoi:10.3969/j.issn.1006-0960.2023.02.001ZHANG Rong,JIANG Chengying,WU Wenjun,ZHAO Mengjiong,QI Jianli,CHEN Weiqing,JIN Gaoming,YAO Yufang(Gansu Research Academy of Forestry Science and TechnologylOlive Engineering Research Center of NationalForestry and Grassland,Lanzhou 730020,China)Abstract:The Olive industry needs new varieties with cold resistant,tolerance,conventional crossbreeding has a long cycle and low accessibility of breeding objectives.Therefore,we summarized the researchachievements in Olive and its related fields.Combined with the breeding scientific research practice,and acold resistant hybrid breeding technology system was constructed for Olive,which including six technologies,of germplasm resource collection,DNA fingerprint,hand-pollination,hybrid embryo rescue,tissue cultureand expansion,and early greenhouse evaluation.In a word,systematic cross breeding is expected to breed newOlive varieties with excellent cold tolerance.Keywords:Olea europaea;cold resistant;cross breeding;technology油橄榄Olea europaea 是世界性亚热带重要木本油料作物，其油药食两用，栽培历史悠久；原产于地中海沿岸，适应冬季温暖湿润、夏季炎热干燥的地中海冬雨型气候。我国1956 年开始引种收稿日期：2 0 2 3-0 6-10资助项目：油橄榄种质资源抗寒性评价及筛选（甘林规函 2 0 19418 号）；油橄榄良种繁育及丰产栽培技术科技特派员基地（2 1C X 6 NA 0 41）；油橄榄种质资源及杂交育种体系优化技术引进(2 2 YF7WA077)。作者简介：张荣（1991一），女，甘肃天水人，硕士研究生，林业工程师，主要从事林木遗传育种。E-mail:2油橄榄，试验表明，我国亚热带地区冬春寒冷干旱、夏秋多雨，属秋雨型气候，与地中海型气候差异较大，甘肃陇南干热河谷地带与地中海气候相似,是我国油橄榄栽培最佳适生区之一 2-。然而，油橄榄生产品种对我国北亚热带地区冬季寒冷气候的适应性较差，严重制约着栽培区域的扩展，高产稳产性能也不理想，迫切需要一批耐寒性状优良的新品种。从生产性杂交实生后代中选择优良单株 7-9,是目前最常用的油橄榄育种方式，这种技术被动性强，育种目标可达性低下，难以进行目标明确的杂交育种。建立杂交育种体系，优化每个育种环节，可以根据生产需求培育新品种，已经在棉花 10、水稻、蝴蝶兰 12、枣树 13 等作物上得到应用。我国油橄榄杂交育种研究开始于197 4年，目标是提高品种的耐寒性能 14。197 9年,为提高油橄榄对当地酸性红壤的适应性和冬春抗旱性能，云南省林业科学院以生产品种佛奥为母本，以乡土近缘种尖叶木榄Olea europaeasubsp.cuspidata为父本，成功获得一批杂交子代苗木，经过3 0 余年的试验，成功选育出优良砧木品种金叶佛榄15,经DNA指纹一一简单序列重复技术鉴定，杂种真实有效 16,开创了我国油橄榄远缘杂交育种的先例。为此，本研究总结分析油橄榄研究最新成果，从种质资源收集、DNA指纹图谱、人工杂交授粉、杂交种胚挽救、组培扩繁、温室早期评价等技术着手构建油橄榄耐寒杂交育种技术体系，为油橄榄育种及产业发展奠定基础。1种质资源收集种质资源是杂交育种的物质基础，更是杂交育种技术体系的基础。在科学分析种质分布资料，掌握种质资源现状的基础上，在甘肃陇南建成油橄榄种质资源库，收集保存国内外种质17 0 余份，按照国际油橄榄理事会WORLDCATALOGUEOFOLIVEVARIETIES的标准编目建档，进行规范化管理。根据油橄榄杂交育种需求，在采样区开展全面的生物学性状、耐寒性状、抗旱性状、抗病性状、经济性状、农艺性状观察与比较，综合评价记录每份种质资源的杂交育种适宜性及其特定性状遗传力等。尖叶木榄又名锈鳞木棍榄，现修订为油橄榄Oleaeuropaea的亚种，见“物种2 0 0 0 中国节点”（http:/ DNA 指纹图谱DNA指纹图谱建立在DNA分子标记的基础之上。碱基突变、碱基插入或重排、序列缺失都可造成DNA变异，这些变异很少受到自然选择和人工选择的影响。因此，DNA变异多态性丰富,环境稳定和个体特异性极其显著，如同人的指纹，因而被称为“指纹图谱”,是鉴别品种、品系（含杂交亲本、自交系）的有力工具，快速，准确，也非常适合于种质资源的鉴定和分子标记工作，甚至可以利用亲本自交系的等位变异有效预测杂交种的产量117 18。DNA指纹技术在油橄榄中已经得到广泛应用 19-2。单核苷酸多态性（single nucleotidepolymorphism，SNP）为第三代DNA指纹技术，朱申龙等基于前期种质资源的全基因组研究结果，筛选出油橄榄核心SNP位点1.4万个，并证明至少需要11个核心SNP位点组合才能完全区分57个油橄榄品种 2。甘肃省林科院油橄榄研究团队基于文献和既有数据库，正在应用SNP技术构建种质资源的指纹图谱。3人工授粉人工授粉是杂交育种的核心环节，旨在获得性状符合育种目的、变异丰富的实生子代，以供后期筛选。油橄榄花小，花期集中，盛花期短促 2 3,花朵寿命0.5 2.8 di2。油橄榄花蕾颜色由绿转白，次日早晨7 点开裂，柱头分泌黏液 2 4，一方面说明油橄榄以风媒传粉为主，另一方面说明其柱头可授粉性衰弱迅速。由此可见，掌握最佳时机是人工授粉的关键。据研究 2 4,花蕾开裂期前2 4h，柱头的可授粉性最强，花粉活力最高，花粉活力可达94%以上，2 4h后迅速花粉活力下降至6 0%。因此，收集花粉和授粉的最佳时期是花蕾开放前24 h。据研究，杂交F1代实生苗的分枝总长、分枝数量等性状变异主要来自父本 2 5。由此推测,以耐寒性种质为父本，可能更容易获得耐寒性能突出的杂交子代。杂交育种毕竟试探性很强，因此需要采取初试和详试两级授粉杂交策略。在分析评价种质资源生物学性状、耐寒性状、经济性状、农艺性状、抗病性状、抗旱性状，以及杂交适宜性、第48 卷第2 期特定性状遗传力等基础上，确定杂交亲本组合2 0以上，进行初试人工授粉试验，获得杂交F1代实生苗，测定评价优选出未来可期的理想杂交组合24个。然后详试，对最佳组合开展广泛而持续的人工授粉试验，大量获取F1代实生苗，从中评价筛选出耐寒性状突出、生产性能优良的单株，最终实现新品种创制目标。4杂交种胚挽救杂交育种失败主要源自受精后杂交种胚不育、种子不能发芽、幼苗早期天亡，其中杂交种胚不育的原因是胚乳发育不良或胚与胚乳不亲和，造成幼胚停止发育、幼胚中途坏死 2 6 2 7,必须研发种胚挽救技术，以便挽救那些落果现象严重的优选杂交组合的种胚。胚离体培养技术，在小麦、水稻、玉米等农作物中应用较多，其原理是种子发育过程中，种胚先期成熟，种子发育后期主要增加种子营养储备 2 6.2 8。油橄榄胚离体培养发芽率约40%,远高于实生苗 2 9.3 0。甘肃省林科院油橄榄研究团队也开展了多个品种的成熟种胚培养试验初步掌握了胚挽救适用培养基，发现存在幼苗后期生长缓慢，容易污染，成苗率低等现象，需要深入研究，加速技术成熟化和标准化。5组培扩繁杂交种子代测定评价、区域试验需要大量无性系苗，组培扩繁是大量生产无性系苗的有效途径 3 1。组培茎尖、茎段、胚芽等材料为外植体，首先形成愈伤组织，而愈伤组织形态与器官发生紧密相关。早在19 7 9 年，王凯基等人就报道了油橄榄组织培养研究 3 2.3 3,发现以秋梢茎段为外植体，接种后可以形成松散紊状、致密球状、瘤状突起3类愈伤组织，前2 类发生在切口上；瘤状突起发生在茎段表面，由内部皮层细胞分裂增殖而成，可被生长素诱导发生不定根。继代培养中，愈伤组织内个别薄壁细胞脱分化为胚性细胞，产生分生细胞团、分生组织结节2 种结构。分生组织结节具有形成层状细胞，被许多管胞结构围绕，发生单向极性时发育成根原基；芽原基则由分生细胞团单向极性化后分化形成。甘肃省林科院油橄榄研究团队也进行了大量组培研究，旨在研发通用、标准化的组培扩繁技术。张荣等：油橄榄耐寒杂交育种技术体系的构建36温室早期评价杂种后代优系评价筛选工作量庞大，早期选择至关重要。为此设想，按照油橄榄苗期生长习性，在温室内栽培杂交F1代无性系苗，不进行修剪，保持其自然生长状态，根据苗期生长参数来评估其未来产果潜力；测定耐寒性状、抗病性状、童期生长性状，包括株高、基径、叶间距、叶片长宽形态指标，低温、病虫害胁迫下光合作用、酶活性、膜系统修复等生理指标。通过表型变异分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析等进行综合评价，以及DNA指纹图谱鉴定，一方面指导理想杂交组合授粉试验，一方面按照2 0%3 0%的人选率初选出未来可期的理想单株进行后续观察，进而开展区域试验。7小结杂交育种技术体系有效整合、链接各项关键技术，可以批量生产提供育种目标可期的理想杂交无性系，供大田测定终选确定优良品种。本文构建的油橄榄耐寒杂交育种技术体系由6 项技术组成，其中种质资源为杂交育种的物质基础;DNA指纹图谱是杂交育种目标性、高效性、有效性的保证；人工授粉与温室早期评价为技术核心，二者相辅相成；杂交种胚挽救与组培扩繁为两大核心技术，前者确保人工授粉能获得足量的可供选择的杂交种胚，后者则为温室早期评价提供所需无性系苗，确保全面深入的试验测试。总之，油橄榄产业需要耐寒性能优良的新品种，体系化杂交育种有望实现这一理想。致谢：本文承惠甘肃省林科院王俊杰研究员全力指导，谨致谢忧！参考文献：1徐纬英，韩一凡阿尔巴尼亚油橄揽及其在我国引种的研究 J林业科学，196 5,10（1）：8 6-99.2顾娜,贺善安，李赞武,贺慧生,钱大复油橄榄引种繁殖和适应性的研究 J园艺学报，19 6 5（1）：1-12.3王贵禧,俞宁,邓明全,刘星辰中国油橄榄发展概况 J林业科技通讯,2 0 0 0（1）：18-19.4韩华柏,何方.影响油橄榄产量与品质的气象因子分析 中南林业科技大学学报，2 0 0 8，2 8（5）：6-11.5王成章，陈强，罗建军,白小勇，王艳,孔令喜中国油橄4榄发展历程与产业展望 J生物质化学程，2 0 13,47（2)：41-46.6布梁灏，曾燕如，龙伟，盛建喜.我国油橄榄产业发展的挑战与对策 J/0L2023-02-24中国油脂：1-9.7湖北省林业科学研究所，中国农林科学院森林工业研究所.油橄榄品种及品种改良 J.中国林业科学，197 8（2)：31-36.8张志成，陈延油橄榄实生优良单株选择初报 陕西林业科技，198 0（3）：3 6-40.9顾娴,孙醉君,毕绘蟾,黄树芝.油橄榄的适应性育种-实生选育和经济性状早期鉴定的研究 J.南京林业大学学报（自然科学版），198 1（2）：6 9-7 8.10梁正兰，姜茹琴，钟文南，何鉴星，孙传渭，刘良，赵国忠，李爱国，牛永章，王家典，王远，梁理民，王留明棉属种间杂交育种体系的创立 J.中国科学院院刊,1999(4)：272-275.11 邢俊杰,彭志荣,何强，舒服,邓华凤。杂交水稻稻瘟病抗性育种体系研究进展 杂交水稻，2 0 14,2 9（2）：1-5.12罗金环，羊金殿，张孟锦蝴蝶兰杂交育种技术体系探讨 J热带林业,2 0 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