杂交育种(hybridization)指不同种群、不同基因型个体间进行杂交,并在其杂种后代中选择而育成纯合品种的方法。杂交可以使双亲的基因重新组合,形成各种不同的类型,为选择提供丰富的材料。基因重组可以将双亲控制不同性状的优良基因结合于一体,或将双亲中控制同一性状的不同微效基因积累起来,产生在各该性状上超过亲本的类型。正确选择亲本并予以合理组配是杂交育种成败的关键。
杂交可以使生物的遗传物质从一个群体转移到另一群体,是增加生物变异性的一个重要方法。不同类型的亲本进行杂交可以获得性状的重新组合,杂交后代中可能出现双亲优良性状的组合,甚至出现超亲代的优良性状,当然也可能出现双亲的劣势性状组合,或双亲所没有的劣势性状。育种过程就是要在杂交后代众多类型中选留符合育种目标的个体进一步培育,直至获得优良性状稳定的新品种。
杂交育种在油茶育种中占有重要位置。通过杂交,可以获得兼有双亲优点的高产、稳产、高抗的杂种。油茶有性杂交可在种内、种间、山茶属间和组间进行。油茶自交高度不孕,坐果率低。普通油茶种内不同农家品种、类型间的杂交有极高的可孕性。普通油茶与越南油茶、南荣油茶与茶梨,杂交亲和力较高,坐果率达20%以上。
山茶属有200多种,基因资源丰富,进行种间杂交可以导入许多优良性状。多种物种的花粉可以低温储藏,半年以上仍然有较理想的发芽率,解决了不同花期的种间杂交困难。油茶无性繁殖技术问题基本解决,培育的杂种即使花粉败育,也能通过嫁接或扦插进行繁殖,因此山茶和油茶的种间杂交很有前途。
(一)亲本选择
油茶杂交育种能否取得成功的关键之一就是要正确地选择亲本。亲本选择得当,其后代可能出现较多的优良类型,从而能够比较容易选育出较多的优良品种。
亲本选择的原则:
(1)亲本质量:亲本应有较多优点和较少缺点,亲本间优缺点力求达到互补,这是选配亲本的首要原则;关于亲本性状互补,应着重于出籽率、含油率、抗性等遗传力高的与产量密切相关的性状。
(2)亲本选择:亲本中至少有一个是适应当地条件的优良品种,最好都是适应环境的品种;品种对外界环境的适应能力是影响高产稳产的重要因素。
(3)遗传力强:亲本之一的目标性状应有足够的遗传强度,并无难以克服的不良性状。
(4)亲本差异:生态类型、亲缘关系上存在一定差异,或在地理上相距较远。最好是在当地油茶林中选择生长、结实最好的优树作母本,与地理上隔离较远的优良父本进行杂交。在种间杂交时宜选用花粉量大的植株作父本,选用开花多、结实多、植株发育良好、种子发芽率高的单株作母本。
(5)亲本配合:亲本的一般配合力较好,主要表现在加性效应的配合力高。
选作油茶杂交育种的父本和母本,其花期要一致,才能有利于人工采粉和授粉的进行。一般情况下,父本、母本的花期至少有1/2~1/3是重叠的,否则的话要做好花粉的收集和长时间储藏。宜选用亲缘关系疏远、不同生态型的材料做亲本,最好是选择当地油茶林中生长、结实最好的优树作母本,与在地理上隔离较远的优良父本进行杂交。
(二)杂交技术
(1)花粉采集和储藏
为了防止异质花粉的混杂,在林分开花前做好父本的套袋或加罩隔离。在隔离情况下剪取父本花朵的花粉,装于干净的容器里,立即授粉或及时储藏。
(2)去雄
在母株盛花期花蕊含苞欲放时进行,去雄要干净又不损伤雌蕊,去雄后立即授粉或套袋隔离。
(3)授粉
一般在去雄后1~2天的晴天进行,方法是:用毛笔将花粉快速涂抹在柱头上,使柱头粘满花粉,授粉后套袋挂牌、标记。进行其他组合授粉时,用具要消毒,以免花粉混杂。
(4)授粉后管理
在授粉后花瓣凋谢时可以除去套袋,以利于受精后幼果的生长发育。幼果落果率高,要及时采取相应的保果措施。果实成熟后按杂交组合及时单独采收,室内考种。种子分别储藏,适时做好播种育苗。
(5)杂种后代选择
利用杂交后代种子培育苗木,按一定的试验设计开展对比试验。在开花结实后进行连续的产量测定,选出高产杂优品系和杂优组合。
图4-42 油茶杂交授粉
(三)油茶优良杂交组合选育标准
林业行业标准《油茶第2部分:优良家系和优良杂交组合选育技术规程》(LY/T 1730.2—2008)中规定油茶优良杂交组合选育标准是:
油茶新造林进入盛果期后,年平均亩产油30kg以上,比参试无性系平均值高10%以上,或比对照高30%以上;鲜果出籽率40%以上;干籽出仁率25%以上;种仁含油率45%以上;抗油茶炭疽病等病的能力强,病果率在3%以下,落果、裂果较少。要求测定林实际亩产油量第5年5kg以上,4年平均15kg以上。每平方米冠幅产果1.2kg以上。(www.daowen.com)
20世纪70年代,我国就在油茶种内和山茶属植物间开展杂交育种工作。如油茶花粉采集和发芽培养试验,油茶花粉在低温干燥条件下贮存1年,发芽率仍有40%。杂交方法的研究中使用“吸管套柱法”,不但提高工效,而且节省成本。以前习惯认为油茶是自花不孕的树种,但后来在优良无性系选育中发现很多优良无性系不但可孕,而且自花授粉率还很高。90年代初期,湖南省林科院开始开展油茶杂交育种研究。经过十多年的努力,首次选育出“XLH13”等5个优良杂交组合;亩产油量为30.05~44.05kg,分别比对照增产37.0%~100.8%。入选的5个优良杂交组合子代亩产油量平均值比参试自交组合子代平均值11.18kg增产207.7%;在主要经济性状上比各自的亲本无性系有不同程度的增长,显示了很强的杂种优势,同时也论证了自交对油茶产量是不利的观点。在进行授粉生物学特性研究过程中,发现了1个因雄蕊败育不能自花授粉的油茶优良无性系“雄性不育系”;为利用杂种优势,提出了在油茶优良无性系选育的基础上开展油茶“两系”杂交育种的研究工作;选育出产量和经济性状不低于油茶优良无性系的杂交组合,建立杂交种子园;利用优良杂交种育苗,技术极为简便,1年出圃,缩短了育苗时间,降低了成本和造林难度,从而调动起农民的种植积极性,大大加速了油茶良种化进程。湖南省林业科学院以此为基础形成的科研成果“油茶雄性不育杂交新品种选育及高效栽培基础和示范”,2009年获得国家科技进步二等奖,为油茶科技成果最高奖项之一。
当前,油茶育种从选择育种向选择育种和杂交育种并举的方向发展。杂交育种需要更长的育种时间,从亲本选配到后代观测选择、无性系试验至少需要22年时间。
(四)油茶杂交组合
目前,全国通过国家或省级审定的油茶杂交组合只有5个,是由湖南省林业科学院于2003年选育出来的,2007年通过湖南省林木良种审定,已在生产上使用。
(1)油茶杂交组合13
图4-43 油茶杂交组合13
良种证号:湘S0707-co1b。树体开张或自然圆头形;花期11~12月;果实青红球形或桃形,每500g果数32.5个,每500g籽数284.7个,鲜果出籽率46.8%,鲜果含油率8.99%,平均亩产油量为44.05kg,比参试无性系平均值增产100.8%。
(2)油茶杂交组合17
图4-44 油茶杂交组合17
良种证号:湘S0708-co1b。树体生长旺盛,枝叶紧凑稠密,呈自然圆头形;花期10~11月;果实青球形,每500g果数21.6个,每500g籽数317.7个,鲜果出籽率41.6%,鲜果含油率7.38%,连续6年平均亩产油量为30.05kg,比参试无性系平均值增产37.0%。
(3)油茶杂交组合18
图4-45 油茶杂交组合18
良种证号:湘S0709-co1b。树体开张,枝叶分布均匀;花期10~11月;果实红青球形,每500g果数28.1个,每500g籽数296.5个,鲜果出籽率43.9%,鲜果含油率8.86%,平均亩产油量为37.23kg,比参试无性系平均值增产69.7%。
(4)油茶杂交组合31
图4-46 油茶杂交组合31
良种证号:湘S07010-co1b。树体高大,枝叶相对直立开张;花期10~11月;果实青球形,每500g果数17个,每500g籽数277.8个,鲜果出籽率42.86%,鲜果含油率5.40%,平均单位冠幅产果量为1.112kg/m2,平均亩产油量达30.30kg。
(5)油茶杂交组合32
图4-47 油茶杂交组合32
良种证号:湘S07011-co1b。树体旺盛,枝叶浓密紧凑,呈自然圆头状;花期10~11月;果实红青球形,每500g果数24.0个,每500g籽数296.5个;鲜果出籽率43.3%,鲜果含油率5.59%,连续6年平均亩产油量为30.27kg,比参试无性系平均值增产38.0%。
(五)其他育种
在开展农家品种、优良家系和优良无性系的选育过程中,以选择育种为中心主线,在抗性选育、辐射和杂交育种上也作了不同程度的尝试和研究。中南林学院吴光金在162个油茶无性系中选育出8株自然感病率为0.2%~2.5%的抗病优株。茶陵县林科所通过连续6年研究选育出感病率为0.23%,冠幅产果0.115kg/m2的高抗丰产优株。湖南涟源林科所于1981年选育出笋77-1等5个抗病性强的优株。
目前常规育种主要是通过油茶的表型特征,它要求丰富的实践经验和长达十到数十年的时间,再加上油茶与众多林木一样固有的特性,使得育种周期相对更长,而且一些特殊性状还受到许多条件的限制。随着遗传学和生物技术的发展,油茶育种工作者也在常规育种的基础上,探讨利用现代生物技术进行定向育种,如通过分子标记进行辅助选择育种,通过基因工程进行品质和性状改良。中南林业科技大学和湖南省林业科学院正在进行油茶优良无性系的RAPD标记和cDNA、EST文库的构建和功能基因表达检测研究等基础性研究工作,通过对油茶杂交子代和优良单株等育种材料进行分子标记辅助选择育种,分离出具有经济价值的目标基因,为油茶选择育种提供理论依据和具体指标,可缩短育种周期、提高育种效率和减少育种的盲目性。这不但对当前油茶科研和生产具有很大的实用价值,而且对将来开展油茶基因工程定向育种缩短周期、提高效率有着重要的意义。
这一节的核心是良种具备巨大的增产潜力,但要真正转化成丰产,仍要把握以下重点:
一是新造林要选择良种嫁接苗,由定点苗圃生产的方能确保良种苗木的质量;
二是尽可能采用2年生苗,特别是2年生以上容器杯大苗,造林成活率高、适应性好、抗性强;
三是做好品种搭配,避免不同花期、成熟期的品种混栽,而导致花期授粉不良或果熟期不一致,影响良种高产稳产。
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