关于林木育种策略的思考

我国人工林培育水平较低,其原因与林木育种领域投入的人力和财力不足、对育种策略的重视和执行力不够等原因有关,导致树种遗传改良最基本的育种循环难以维持,无法支撑树种遗传改良水平持续提升和人工林生产力的提高。本文综合分析国内外林木育种发展经验以及理论和技术成果,提出林木育种策略制定和执行需重视的几点问题:品种具有地域性和时间性以及经济属性,生态价值则属于种植改良品种所产生的附属效益,要制定科学、具体且有一定市场竞争优势的育种目标和育种周期;在此基础上强化树种基本群体、选择群体和育种群体建设与管理,采用科学的试验设计及分析方法保证准确而高效地开展遗传测定和选择,持续推进高轮次育种群体构建,并合理采用促进开花结实、相关选择或分子标记辅助选择等技术加快交配和选择进程,不断提高基本群体和选择群体遗传品质,甚至实现强优势远缘杂交品种的生产应用。对于能够无性繁殖的树种,可在一定的遗传改良阶段施加理化诱变、染色体加倍处理,进一步增加有益变异积累和利用。而对于已应用于生产却仍有不足的优良品种,可以采用遗传转化和基因编辑等分子育种进一步优化等。其中交配、遗传测定和选择是育种循环的核心以及进一步实施其他育种技术的基础,需要给予足够的重视和持续的坚持。

早花露地小菊杂交后代株系的综合评价与筛选

【目的】建立早花露地小菊综合评价体系,筛选出花期为9月中旬至10月中旬、花色接近纯正红色或黄色、花型和株型等综合表现优异的株系,丰富华北地区早秋节庆用花。为进一步培育早花露地小菊新品种提供育种材料和选择方法。【方法】以露地小菊3个早花亲本和1个重瓣性高且花色鲜艳亲本及其25个经田间初选的杂交后代无性株系为供试材料,划分花色、花期、花型、株型和叶型5个层次,从观测的30个原始性状中筛选出18个关键性状指标作为评价因子,利用层次分析法及K-Means聚类分析法建立综合评价体系,开展杂种株系的综合筛选。【结果】以早花、花型圆整丰满、红黄两种花色稳定为育种目标确定了层次分析法各性状的权重值,其中初花期起始时间(0.1817)权重值最大,其次是花色稳定性(0.1695)、盛花期单株着花数量(0.1383)、开花持续时间(0.1301),再次是花色适宜度(0.0565)、盛花期着花整齐度(0.0565)、花序直径(0.0539)、舌状花数量(0.0574)。通过K-Means聚类分析法将29份材料划分为3个等级,Ⅰ级10个(34.38%),Ⅱ级11个(37.93%),Ⅲ级8个(27.59%);杂交子代性状分离广泛,花色、花型和株型均出现了超亲性状,但花期仍以2个早花亲本初花期最早,符合前人研究认为花期为多基因控制的数量性状。因此,早花露地小菊育种仍需筛选更多亲本,增加可早秋使用的露地小菊资源。【结论】本评价方法综合各类评价体系优势,以数量化结果充分表征田间观测的性状特征,以育种目标为导向进行层次分析赋值评价,为综合评价和筛选早花露地小菊优良品种提供了量化方法。建立的评价体系可以很好地对早花露地小菊进行评价与筛选,为后期早花露地小菊新品种的选育提供了一种可靠方法,有助于提高后代优良种质筛选效率。最终筛选出10个观赏性状优良的早花露地小菊株系,可作为新品种或新品系应用,也可作为育种材料。

大菊品种花期和主要观赏性状的变异及相关性分析

以菊花(Chrysanthemum×morifolium Ramat.)大菊品种自然群体及7个杂交群体为实验材料,分析比较了不同品种开花期和7个主要观赏性状的变异特点及其相关性,为筛选杂交亲本和选育早花优良品种提供依据。结果显示:大菊自然群体的8个性状中,除开花期外,其余性状变异系数均高于15%;相关性分析结果表明,开花期和封顶叶片数之间呈显著负相关;开花持续期与开花期呈极显著负相关,与舌状花轮数呈极显著正相关。杂交群体的8个性状中,除开花期外,变异系数均高于15%,但各杂交群体的开花期性状变异系数明显高于自然群体;杂交群体Ⅲ和Ⅴ的瓣型与花色更为丰富,且花期也较早。相关性分析结果表明,开花期和瓣型、舌状花轮数、封顶叶片数之间均呈极显著负相关,和花色之间呈显著负相关;开花持续期和舌状花轮数、舌状花数量之间呈极显著正相关,和瓣型之间呈极显著负相关,和花色之间呈显著负相关;开花期和开花持续期之间呈极显著正相关。研究结果表明,通过有性杂交可以获得开花期变异更广泛的子代植株,从而筛选开花期更早的大菊新品种。

林木遗传育种研究进展

林木遗传育种是研究森林遗传和林木良种选育理论与技术的科学。其因林木地理变异规律研究而萌芽,伴随着遗传学基本理论体系形成完成奠基,在不断推动遗传改良以满足人工林高效培育的良种急需中实现林木遗传育种现代理论和技术体系构建,并在进入21世纪之后开启了分子设计育种的深入发展阶段。经过近两个世纪的创新发展,林木遗传育种形成了一个适合树木生物学特点、遗传基础研究与育种创新应用紧密结合并协同发展的学科体系。其中,基于轮回选择不断推进以选择、交配、遗传测定为核心的育种循环,完成更高轮次的基本群体、育种群体、选择群体和生产群体建设,是可持续遗传改良的根本所在。在此基础上,或通过远缘杂交选育杂种优势突出的林木品种;或基于有性多倍体化开展多倍体育种,综合利用杂种优势和倍性优势,实现林木多目标性状改良;或采用转基因和基因编辑等分子育种技术,进一步改良已有林木品种或优异种质等。而林木良种生产仍然依赖传统的种子园制种和无性系制种,其中体胚发生技术实用化将是进一步实现种子繁殖树种遗传改良水平提升的有效途径。推动林木育种理论和技术创新,提高育种效率和效果,选育产量更高、品质更优、抗逆性更强、适应性更广的林木良种并应用于生产,保证用更少的人工林面积生产更多的木材及林产品,以减少对天然林的依赖,林木遗传育种在未来将发挥更大的作用。

青黑杨全同胞杂种功能叶片及气孔性状变异的倍性、基因型和性别效应解析

【目的】探讨倍性水平、性别、基因型及环境效应对青黑杨全同胞杂种短枝功能叶片及气孔性状变异的影响,解析杨树异源三倍体的性状遗传与变异规律。【方法】以‘哲引3号杨’ב北京杨’全同胞杂种二倍体和三倍体的10年生种质保存林为材料,对其短枝功能叶片和气孔相关性状变异进行分析。【结果】短枝功能叶片和气孔各性状的无性系重复力均较高,介于0.789~0.960之间,受较强的遗传控制,环境影响较小。叶片和气孔各性状在无性系间均存在极显著差异,其中叶片宽度和气孔宽度变异系数较低,是所测性状中较稳定的遗传特征。三倍体植株叶片长度、叶片宽度、叶面积、气孔长度和气孔宽度均极显著大于二倍体,气孔密度极显著小于二倍体,而三倍体植株的叶柄长度和锯齿数与二倍体无显著差异。叶片及气孔性状在不同性别植株之间均无显著差异。相关性分析结果显示,叶片长度、叶片宽度、叶面积、气孔长度和气孔宽度与倍性水平呈极显著正相关;气孔密度与倍性水平呈极显著负相关;而叶柄长度和锯齿数与倍性水平无显著相关性。方差贡献率显示,无性系性别对叶片及气孔性状的影响最小;气孔性状受倍性效应影响最大,其次是基因型效应;叶片性状主要受基因型效应的影响,其次是倍性效应和环境效应。【结论】青黑杨全同胞杂种三倍体植株短枝功能叶片及气孔性状变异主要来源于倍性效应和基因型效应,环境和性别影响较小,无性系间存在丰富的性状变异,在杨树三倍体育种时基于遗传测定进行"大群体,强选择"育种十分必要。

不同基因型毛白杨同源重组变异研究

同源重组是生物遗传变异的重要来源。受检测方法限制,高等植物同源重组发生及其产物——异源双链DNA(heteroduplex DNA, hDNA)鲜有报道。本研究采用构建抑制减数后分离群体检测同源重组产物hDNA的方法,以2个母本来源的基于抑制减数后分离获得的毛白杨(Populustomentosa)杂种三倍体群体为研究材料,利用筛选出的110个简单序列重复(Simple sequence repeat, SSR)分子标记开展毛白杨不同基因型个体间9条染色体上hDNA发生及其遗传变异研究。结果表明,2个毛白杨雌株hDNA发生频率介于8.5%~87.2%之间,且hDNA发生频率与距着丝粒距离呈正相关关系,但同一染色体平均hDNA发生频率与染色体长度无相关关系;绝大多数的染色体检测出1~3次重组事件,少数检测出4次重组事件,极少数检测到5次重组事件;不同毛白杨基因型个体间同一染色体上hDNA发生频率总体相差不大,而在一些特定SSR位点间hDNA发生频率存在较大差异;与青杨杂种‘哲引3号’杨(P. pseudo-simonii×P. nigra ‘Zheyin3#’)相比,检测到的同源重组次数及hDNA发生频率和发生位置均存在较大差异。本研究首次对2个基因型毛白杨同源重组发生特征及其变异进行了研究,为揭示高等植物同源重组特点、种间和种内同源重组差异等提供了重要见解。

盆栽菊花反季节开花调控技术研究

为筛选适合北京地区春季开花的菊花品种,建立并推广菊花反季节栽培技术,本文以117个优良盆栽菊花品种为试材,采用温室盆栽方式,研究了盆栽菊花反季节栽培技术。通过试验确立了盆栽菊花反季节生产的日程安排;从光照、温度、浇水、施肥和病虫害防治等方面总结了反季节栽培中的技术要点;实现了所有供试菊花品种均在翌年4-5月陆续开花,达到了反季节开花的目的;筛选出20个利于反季节栽培并推广的优良盆栽菊花品种供北京地区春季生产用花。

平潭野菊混合瓣型株系再生体系的建立

菊科植物因其丰富的舌状花变异类型而具有很高的观赏价值。野菊(Chrysanthemum indicum)作为栽培菊花(C.×morifolium)的近缘野生种之一,其自然群体中常具有典型的平瓣、匙瓣及管瓣的舌状花变异类型,是研究菊科植物瓣型变异的优异材料,而目前缺乏对其再生体系的研究。在福建平潭岛分布的野菊中发现大量舌状花形态变异植株,该研究以其混合瓣型株系茎间薄层和叶盘为外植体建立再生体系。结果表明,以茎间薄层为外植体,诱导愈伤组织和不定芽分化的最优培养基为MS+1.0 mg∙L^(-1)6-BA+0.5 mg∙L^(-1) NAA,接种14天愈伤组织诱导率可达100%。不定芽平均分化时间为25天,接种40天不定芽分化率可达82%。最佳生根培养基为1/2MS+0.5 mg∙L^(-1) NAA,10天生根。移栽植株全部成活,植株生长状态良好且均保留了混合瓣型的形态特征。该研究初步建立了平潭野菊混合瓣型株系茎间薄层的离体培养再生体系,为进一步建立其遗传转化体系奠定了基础,也为解析菊花瓣型变异机理提供了技术方法。

杨树派间远缘杂种小胡杨(Populus simonii×P.euphratica)组培快繁体系的构建

小胡杨是小叶杨和胡杨远缘杂交选育出的抗旱、耐盐碱优良品种,但是其硬枝扦插生根率低,限制了其大面积推广种植。构建小胡杨组培快繁体系既可实现良种快繁,又可为其持续遗传改良奠定基础。本研究以小胡杨无菌苗为材料,分别利用完全随机区组和单因素试验设计筛选出叶片不定芽再生及生根的适合培养基,并初步探索了再生植株的移栽条件。结果显示,小胡杨叶片不定芽再生的最佳培养基为MS+0.4 mg/L6-BA+0.4 mg/L KT+30 g/L蔗糖+6 g/L琼脂(pH=5.8~6.0),叶片分化率可达(97.61±4.12)%,平均每个外植体产生(1.80±0.66)个不定芽;最佳生根培养基为1/2MS+0.3 mg/L IBA+30 g/L蔗糖+6 g/L琼脂(pH=5.8~6.0),生根率可达(98.67±0.13)%,接种9 d就可生根,接种30 d后,平均根长达(7.27±0.41)cm,平均苗高为(6.44±0.07)cm,单株叶片数达(10.47±0.35)片;将生根培养30 d的再生植株移栽到草炭土∶珍珠岩∶蛭石=3∶1∶1混合的基质中,15 d后成活率可达83.33%。小胡杨组培快繁体系的建立,为实现其无性系大规模繁殖提供了技术支持,同时也为继续开展小胡杨双二倍体诱导奠定了基础。

植物类胡萝卜素代谢及调控研究进展

本文概述了植物类胡萝卜素的代谢途径及关键的代谢流控制节点,重点总结了光合器官和类胡萝卜素存储器官中色素代谢的转录调控及转录后、翻译后、表观遗传等调控机制。

启动子在观赏植物基因工程中的应用综述

综述了近30年来观赏植物转基因研究中使用的主要启动子类型,并对3类启动子(组成型启动子、组织特异性启动子和诱导型启动子)在基因工程中的应用效果进行了对比分析,深入探讨了观赏植物启动子研究和应用中存在的问题,以期为观赏植物基因工程研究中实现基因的高效特异表达提供研究思路。

中国传统大菊叶片形态的数量化定义与分类

中国传统大菊品种叶片形态变异丰富,然而至今仍未对其进行科学的定义和分类,无法有效利用这些形态性状进行品种鉴定和叶形遗传解析。利用数量化分析方法对植物形态进行定义和分类,是植物性状遗传解析的前提。对436个中国传统大菊品种的24个叶形性状进行重新定义及观测,通过相关性分析确定了8个相对独立的性状,用变异系数及主成分分析等数量化分析方法筛选出叶长/叶宽、叶片最宽处所在位置/叶长、右下裂片长/右下叶脉长、右下裂片长/右下裂片宽及叶柄长/全叶长5个相对独立且关键的叶部性状。利用这5个性状,通过Q聚类分析,最终将菊花(Chrysanthemum×morifolium)叶片分为16种叶型。研究结果为菊花品种鉴定提供了有效的叶部评价标准,并建立了中国传统菊花品种叶片数量化定义和分类体系,也为观赏植物复杂性状的解析提供了新方法。

小菊新品种‘东篱秋红’

小菊新品种‘东篱秋红’是以自育早花株系为母本,以从德国引进的Brand系列多个品种混合花粉授粉,从杂交后代中经5年筛选而来的。舌状花鲜红色,株形丰满紧凑,着花繁密,自然盛花期10月1日,且观赏期长,群体效果优美,抗逆性强,易管理,适于作为国庆用花。

小菊新品种‘东篱小太阳’

小菊新品种‘东篱小太阳’是以‘东篱娇粉’为母本,A42为父本进行杂交,经5年选择培育而成。株形较大,自然成球,自然开花期集中在9月中下旬到10月中下旬,半重瓣,舌状花为鲜亮的红色,可满足北京地区国庆用花的需求。

菊花新品种‘东篱知秋’

‘东篱知秋’菊花以大菊品种‘太液池荷’为母本,以重瓣性高、不同色系的‘紫如意’、‘金丝荷’和‘朱紫蛟龙’等混合花粉进行人工杂交,经连续选择育成的新品种。花期早,主要观赏期为9月下旬—10月上旬。舌状花粉色,植株低矮,直立性强,适于盆栽,可以满足北京地区国庆节用花需求。

菊花新品种‘东篱金辉’

菊花新品种‘东篱金辉’是以大菊桂瓣品种‘银盘托桂’为母本,以花粉量大、不同色系的‘钟声’、‘清水莲’和‘红十八’等混合花粉进行人工杂交,经连续选择育成。全桂型,主要观赏期为10月下旬—11月中旬。舌状花正黄色,植株低矮,直立性强,适于盆栽,可用于北京地区节日布展或庭院观赏。

小菊新品种‘东篱娇粉’

小菊‘东篱娇粉’是以自育株系‘388’为母本,以从德国Brandkamp公司引进的球菊系列小菊为父本进行有性杂交,从杂交后代中选出的新品种。自然花期10月初,花色为粉色,半重瓣,花朵繁密,株形圆整,且在北京地区露地栽培生长良好,适应性强,能满足北京地区国庆节期间花坛、花境等的用花需求。

菊花新品种‘东篱紫蛟’

菊花新品种‘东篱紫蛟’以中国传统大菊品种‘玉狮子带’为母本,以综合性状良好、花径大、不同色系的‘清水莲’、‘仙潭秋水’和‘银虎啸’等传统大菊品种作父本进行人工混合授粉,经连续选择育成。花径大(20 cm),主要观赏期为11月上旬至下旬。舌状花外侧为白色,内侧为粉色;管状花黄绿色。植株低矮,直立性强,适于盆栽观赏,可以用于北京地区节日布展或庭院观赏。

菊花新品种‘东篱雅韵’

菊花新品种‘东篱雅韵’是以中国传统大菊品种‘玉狮子带’为母本,以重瓣性高、不同色系的‘桃花浪’、‘永寿墨’和‘金背大红’等大菊品种的混合花粉进行人工授粉杂交,经连续选择育成。重瓣性高,主要观赏期10月下旬到11月上旬,舌状花基部红色,先端黄色,盛开时向外翻卷,植株低矮,直立性强,适于盆栽观赏,可以用于北京地区节日布展或庭院观赏。

菊花新品种‘东篱雅致’

菊花新品种‘东篱雅致’是以中国传统大菊品种‘绿朝云’为母本,以花形奇特、不同色系的‘钟声’,‘清水莲’和‘笑靥’等传统大菊品种作父本进行人工混合授粉,经连续选择育成。舌状花松针形,粉、绿复色。植株低矮,直立性强,适于盆栽观赏,主要观赏期11月中旬—下旬,可以用于北京地区节日布展或庭院观赏。