远缘杂交培育李杏砧木研究初探*

杨 丽，王玉柱，李 锋，孙浩元，张艳波，张俊环，姜凤超，张美玲

（1 北京市林业果树科学研究院，100093）（2 吉林省农业科学院果树研究所）（3 国家林业和草原局杏工程技术研究中心）（4 农业农村部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室）（5 北京市落叶果树工程技术研究中心）

砧木对于果树的生长、适应性、抗性、产量及果实品质形成具有重要影响[1]，利用矮化砧木实行密植栽培，符合果树生产省力化、机械化的发展趋势，是实现果树早实、丰产、优质、高效的重要措施，选育适应性广泛、抗性强、矮化的砧木也是果树育种工作的重要内容。杏和李都是我国重要的果树树种，栽培历史悠久、种质资源丰富，并以其独特的风味和丰富的营养在果品市场占有一席之地，杏和李育种也是近年来的热点，全国各地选育出各具特色的杏和李新品种[2]。但是，我国杏和李的砧木育种研究相对起步较晚，目前生产中多用同属或近缘属植物，如中国李、樱桃李、欧洲李、西伯利亚杏、普通杏、辽杏、山桃、毛桃、毛樱桃等的实生苗作砧木，缺乏优良无性系砧木品种（系），导致苗木质量参差不齐，树体生长和果实品质受到影响，一定程度上制约了我国杏和李产业的发展[3-4]。由于我国大部分杏和部分李生长在冬季严寒、土壤瘠薄、天然降水缺乏的地区，且人工成本日益昂贵，选育抗寒、抗旱、根系发达、适应性强、易于无性繁殖的矮化砧木品种（系）迫在眉睫。远缘杂交是种质创新的重要手段，目前已经利用这一技术取得了丰硕的育种成果[5]，在砧木育种方面，柑橘、樱桃、苹果、桃等树种均利用远缘杂交技术育成了砧木品种（系）并推广应用[6-10]。选择合适的亲本材料配置杂交组合，在大蕾期进行授粉，能够克服远缘杂交不育问题，获得杂种后代[5]。一方面，野生、半野生资源一般具有较强的抗性，能够拓宽种质的遗传背景，多被选作远缘杂交砧木育种的亲本材料；另一方面，遗传背景越丰富的亲本所产生的可育杂交后代适应性越强，更适宜作砧木[11]。杏和李亲缘关系近，二者杂交能够获得后代，‘李梅杏’‘紫杏’都是杏和李的天然杂交后代[12]。曾烨等[13]和李锋等[14]的研究表明，以李为母本、杏为父本的远缘杂交能够获得杂交后代。许多通过杏和李远缘杂交选育出的鲜食品种已被推广种植[15-17]。牟蕴慧[18]以杏和李栽培品种为亲本、利用远缘杂交技术选育出抗寒矮化的杏树中间砧，以上研究为杏和李的砧木育种提供了参考。目前，以李、杏野生或半野生种质资源为亲本进行砧木育种研究未见报道。本研究借鉴前人经验和研究成果，选择目前广泛用作杏和李砧木且具有野生、半野生背景的种质资源和生产中表现良好、符合本研究育种目标的栽培品种为亲本，配置杂交组合，开展远缘杂交，旨在为选育抗寒、抗旱、适应性广泛、矮化的杏和李砧木品种（系）奠定基础。

1 材料与方法

1.1 亲本选择与杂交组合配置

选择173、‘巴黄李’‘小黄李’和‘北国红’为母本。173为广泛应用于我国东北李产区的中国李（P.salicinaL.）栽培品种‘六号李’与吉林野生西伯利亚杏（A.sibiricaL.）或辽杏（A.mandshuricaMaxim.）自然杂交实生后代，兼具杏和李的特征，具体表现为花期介于杏和李之间，花冠大小、花瓣形态近似李，萼片紫红色近似杏；1年生枝颜色近似杏；果实无毛、有果粉近似李；果核大小、核面纹路近似杏。‘巴黄李’和‘小黄李’为原产于我国东北地区的中国李，可鲜食、作砧木，‘巴黄李’抗寒、抗旱[19]，‘小黄李’极抗寒、耐涝[20]。‘北国红’为抗寒紫叶李品种，观赏鲜食兼用，是中国李与樱桃李（P.cerasiferaEhrh.）的杂交后代，母本为‘孔雀蛋’实生，父本为辽宁省野生紫叶李[21]。选择辽杏（A.mandshuricaMaxim.）、山杏（A.sibiricaL.）及普通杏（A.valgarisL.）品种‘串枝红’为父本。山杏为北京市延庆地区半野生资源，植株矮化、抗旱、抗寒；辽杏为吉林省野生资源，抗寒；‘串枝红’为我国华北杏产区广泛种植的鲜食加工兼用品种，丰产、稳产、抗性强。共配置12个杂交组合（表1）。

表1 远缘杂交组合

1.2 花粉采集与人工杂交

采集父本充分膨大、尚未开放的花蕾，剥取花药，收集花粉，待花粉完全干燥后，密封保存在冰箱冷藏室中备用；母本大蕾期进行人工去雄后立即授以父本花粉。母本树每个主枝授同一父本的花粉，即每个主枝杂交组合相同，授粉后计数标记，每个组合授粉300朵花以上。母本树由位于吉林省公主岭市的国家寒地种质资源圃提供，树龄、生长条件和栽培管理水平一致；父本花粉采自北京市林业果树科学研究院杏、李种质资源圃。

1.3 各杂交组合不同果实发育时期的坐果率变化

分别于授粉后10、20、40 d和采果期4 个节点统计各杂交组合坐果率，并比较授粉后3个阶段即10～20 d（第一阶段）、20～40 d（第二阶段）和40 d～采果期（第三阶段）坐果率下降幅度。

坐果率下降幅度（%）=［（前一节点坐果率－后一节点坐果率）/前一节点坐果率］×100

1.4 不同杂交组合效果评价

以授粉后不同果实发育天数的坐果率为指标评价各杂交组合效果，越接近采果期的坐果率对杂交组合效果评价作用越大。首先利用Excel相关性分析，求得授粉后10、20、40 d和采果期4 个节点与采果期坐果率的相关系数，然后将不同组合坐果率与各节点相关系数相乘计算加权坐果率，再将各时间节点加权坐果率按照从高到低排序，序数依次为1～12，最后将每个组合4 个节点的序数相加求和，数值越小评价排序值越小，杂交组合效果越好。

1.5 不同亲本杂交效果评价

分别将含有同一父（母）本的杂交组合效果评价排序值相加，数值越小则表示该父（母）本杂交效果越好。

1.6 数据分析

试验数据使用Microsoft Excel 2013进行统计及图表绘制。

2 结果与分析

2.1 果实发育时间与坐果率变化

由图1可知，各杂交组合在相同的果实发育时期内坐果率不同：授粉后10 d，坐果率为7.92%～73.89%，组合7‘小黄李’×辽杏坐果率最低，组合12‘北国红’ב串枝红’坐果率最高；授粉后20 d，坐果率为7.55%～58.22%，依然为组合7‘小黄李’×辽杏坐果率最低，组合12‘北国红’ב串枝红’坐果率最高；授粉后40 d，坐果率为0.27%～4.91%，组合3 173ב串枝红’坐果率最低，组合7‘小黄李’×辽杏坐果率最高；采果期，坐果率为0～4.53%，组合3 173ב串枝红’、组合6‘巴黄李’ב串枝红’坐果率最低，组合7‘小黄李’×辽杏坐果率最高。各杂交组合坐果率随果实发育时期延长呈现下降趋势，且越接近果实成熟，坐果率越低。

图1 各杂交组合不同果实发育期坐果率

由图2可知，各杂交组合坐果率下降幅度普遍呈现出在授粉后20～40 d（第二阶段）最大、10～20 d（第一阶段）最小、40 d～采果期（第三阶段）居中的趋势。但组合11‘北国红’×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，组合7‘小黄李’×辽杏授粉后40 d～采果期坐果率下降幅度与授粉后10～20 d 相近；组合2 173×山杏、组合3 173ב串枝红’、组合6‘巴黄李’ב串枝红’授粉后40 d～采果期坐果率下降幅度略高于授粉后20～40 d。

图2 各杂交组合授粉后不同阶段坐果率下降幅度

2.2 不同杂交组合效果评价

授粉后10、20、40 d和采果期4个节点与采果期坐果率的相关系数分别为-0.59、-0.34、0.85和1，各杂交组合不同时间节点加权坐果率排序如表2 所示，以不同果实发育时期坐果率的加权排序为指标的12 个杂交组合效果评价中，效果最好的是组合7‘小黄李’×辽杏，其后依次为组合8‘小黄李’×山杏、组合9‘小黄李’ב串枝红’、组合4‘巴黄李’×辽杏、组合5‘巴黄李’×山杏、组合2 173×山杏、组合10‘北国红’×辽杏、组合11‘北国红’×山杏、组合3 173ב串枝红’、组合1 173×辽杏、组合12‘北国红’ב串枝红’和组合6‘巴黄李’ב串枝红’。

表2 不同杂交组合效果评价

2.3 不同亲本杂交效果评价

分别将以辽杏、山杏和‘串枝红’为父本的各杂交组合效果评价排序数相加，结果见表3。其中以山杏为父本的各杂交组合效果序数和最小，说明3个父本材料中，以山杏为父本的杂交组合效果最好，其次是辽杏和‘串枝红’，但辽杏和山杏为父本的杂交组合差异不大。

表3 不同父本杂交效果评价

分别将以173、‘巴黄李’‘小黄李’和‘北国红’为母本的各杂交组合效果评价排序数相加，结果见表4。其中以‘小黄李’为母本的各杂交组合效果评价序数和最小，明显小于以其他3 个为母本的杂交组合，说明4个母本材料中以‘小黄李’为母本的杂交组合效果最好，然后依次为‘巴黄李’、173和‘北国红’。

表4 不同母本杂交效果评价

3 讨论与结论

3.1 亲本选择与杂交组合配置

已有的杏和李远缘杂交研究表明，以李为母本、杏为父本，并选择自然坐果率高的品种作母本更容易克服远缘杂交障碍获得后代[13-14,22]；相对于栽培品种而言，野生、半野生资源抗性强、遗传背景丰富，更适宜用作砧木；杏花期早于李，便于花粉采集和杂交工作的开展。所以本研究结合育种目的，选择不同种的4份李作母本、3份杏作父本配置12 个杂交组合，旨在初步筛选适宜的李和杏远缘杂交砧木育种材料。结果表明，‘小黄李’‘巴黄李’、山杏和辽杏比173、‘北国红’‘串枝红’更适宜作为李和杏远缘杂交砧木育种的亲本材料；‘巴黄李’×辽杏、‘小黄李’×辽杏、‘小黄李’×山杏和‘巴黄李’×山杏的杂交组合收获了数量相对较多的杂交果，‘巴黄李’ב串枝红’和173ב串枝红’的杂交组合没有得到杂交果，其他杂交组合收获的杂交果数量较少。

3.2 果实发育期与坐果率

授粉后即进入果实发育阶段，本研究结果表明，杏、李远缘杂交坐果率随果实发育期呈下降趋势，与王发林等[23]、吕雪等[24]研究结果一致。远缘杂交需要克服一系列的生殖障碍才能获得有生命力的杂交种子，从柱头识别花粉开始，花粉粒萌发、花粉管生长到胚胎发育是一个漫长而复杂的过程，期间任何一个环节出现问题，都会导致果实发育停滞而造成落果，直接表现为坐果率降低。蔡胜文[25]对仁用杏为母本、扁桃为父本的远缘杂交受精过程进行荧光观察，结果表明，授粉后6 d 可以完成受精过程；马瑞娟等[26]对桃、李间远缘杂交授粉亲和性的研究表明，以桃为母本、李为父本的远缘杂交，3%的花能够进行正常的双受精，胚珠的受精时间为8～10 d，不能完成受精的胚珠在授粉后30 d 内部结构开始解体。本研究结果表明，各杂交组合果实发育的3个阶段坐果率明显下降，且多在授粉后20～40 d 下降幅度最大，主要是未完成受精过程导致的生理落果，与核果类果树的生理性落果原因相同，此外，大风、暴雨、冰雹等气象因素及动物和人为的破坏，也会造成坐果率的降低。

3.3 本研究的局限性与下一步设想

相对于我国杏和李丰富的种质资源、广袤的分布地域和复杂多样的生长条件，本研究的亲本选择和杂交组合配置均有很大的局限性；另外缺乏对试验植株的必要保护，使得果实发育期间受到气象因素、动物和人为破坏而损失掉部分杂交果，虽然试验条件一致，但可能会造成试验结果的一定偏差。未来一方面要加强利用筛选出的亲本选育李杏砧木的研究力度，培育更多数量的杂交苗，开展抗性评价、砧穗互作、快繁体系建立等方面研究；另一方面应该根据不同产区地理条件和气候类型配置更多杂交组合，深入挖掘我国李杏砧木育种资源，选育符合各地多样化生产需求的李杏砧木。