CN102939898B - 一种楸树无性系的选育方法 - Google Patents
一种楸树无性系的选育方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种楸树无性系的选育方法，包括：对楸树进行人工杂交种子育苗，对杂交所得不同家系进行评比试验，从中选择优良家系，然后再按照在入选的优良家系中多选超级苗，落选家系中少选超级苗的原则，完成超级苗选择，将超级苗无性系化，最后进行无性系评比试验，即得超级苗无性系；对楸树无性系杂交育种方法得到的超级苗无性系进行三级筛选试验；第一级筛选采用间比法无重复试验设计；第二级采用随机完全区组设计；第三级筛选是在不同生态区进行大田对比试验，采用随机完全区组设计，并结合小规模造林验证，完成适合不同生态区的楸树无性系的决选。本发明在不断扩大育种群体的基础上，用8~9年完成对不同生态区适宜优良无性系的早期选择。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物育种和早期选择技术，具体地，涉及一种楸树无性系的选育方法。
背景技术
楸树（Catalpa bungei）为紫葳科（Bignoniaceae）梓树属（CatalpaScop.），落叶、高大乔木，适应性强，主要分布在河南、湖北、安徽、山东、山西等省区，栽培历史悠久，是我国传统栽培的珍贵优质用材树种和著名园林观赏树种。天然野生甚少，在其分布范围内，除个别地方有小片多代萌生的天然林外，绝大多数为人工栽培的“四旁”植树。主要原因是由于楸树自花不育，可能由于缺少传粉媒介，所以自然状态下很难结实。到目前为止还未见有关楸树无性系良种选育程序和技术相关方面的报道。
长期以来楸树都是通过根蘖繁殖或埋条催芽扦插的方式繁殖无性系苗木，然后用于造林，这样至少存在以下3种缺点：
①楸树是高度杂合体，并且遗传多样性丰富，长期运用无性繁殖方式生产苗木，无法利用子一代的潜在杂种优势；
②无性繁殖方式，降低了群体的遗传多样性，不利于遗传多样性的保护；
③长期利用无性繁殖苗木造林导致林分遗传基础变窄，对生物或非生物胁迫的抗性降低。
因此，若能开发出一种楸树育种和早期选择程序和技术，势必会有很大的推广应用价值。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供了一种楸树无性系的选育方法。该方法针对长期以来对楸树通过无性繁殖方式进行利用，但却并无高效可行的楸树无性系育种方法的问题，公开了一套楸树无性系育种方法。
本发明的另一目的在于，提供所述方法在楸树无性系育种中的应用。
为了实现上述目的，本发明提供的楸树无性系的选育方法，包括：楸树无性系杂交育种方法和楸树无性系早期选择方法；
其中楸树无性系杂交育种方法，包括：对楸树进行人工杂交种子育苗，对杂交所得不同家系进行评比试验，从中选择优良家系，然后按照在入选的优良家系中多选超级苗，落选家系中少选超级苗的原则，完成超级苗选择，将超级苗无性系化，最后进行无性系评比试验，即得超级苗无性系；
其中楸树无性系早期选择方法，包括：对楸树无性系杂交育种方法得到的超级苗无性系进行三级筛选试验；第一级筛选采用间比法无重复试验设计；第二级筛选采用随机完全区组设计；第三级筛选是在不同生态区进行大田对比试验，采用随机完全区组设计，并结合小规模造林验证，完成适合不同生态区的楸树无性系的决选。
其中，家系评比试验是按照有随机完全区组设计和块状设计相结合的造林方式进行的。
进一步地，所述家系评比试验包括：对苗木数量大于36株的家系，首先采用随机完全区组设计造林，4次重复，小区株树依据家系苗数量决定，然后对剩余苗木块状造林；对幼苗数量少于36株的家系，则将每个家系块状栽植；通过评比试验从所有参试家系中选择生长高于总体平均值的家系作为入选的优良家系。
其中，超级苗的选择包括：将每个参试家系中的苗木依据苗高大小排序，在入选的优良家系中选择前10个超级苗，在落选家系中选择前5个超级苗（按照在入选的优良家系中多选超级苗，落选家系中少选超级苗的原则）。
其中，人工杂交种子育苗包括：在楸树盛花期采集单株花粉，待母树雌蕊柱头成熟后，对母树进行人工授粉；待荚果成熟后将荚果中的楸树种子剥出，保存；用高锰酸钾溶液和水对所述楸树种子浸泡消毒，然后进行光照培养，发芽后移栽，待成活后炼苗，得到楸树幼苗。
进一步地，用3.5~4.5‰的高锰酸钾溶液浸泡消毒0.8~1.2小时，然后用始温为35~45℃的清水浸泡20~25小时。
进一步地，所述光照培养的培养条件为：光培养时间为9.5~10.5小时，温度为27~29℃；暗培养时间为13.5~14.5小时，温度为21~23℃。
进一步地，对楸树种子进行光照培养，待胚根长度为种子长度的1/2时将种子移栽到温室营养钵中生长，营养钵基质配比为草炭土：珍珠岩：鸡粪=4.5~5.5:1:0.3。
其中，第一级筛选包括：对超级苗无性系采用间比法无重复试验设计，16株小区，无重复；对超级苗进行嫁接无性系化，每个小区1个无性系，每隔10个无性系加入1个对照品种；生长优于或与对照相近的无性系作为入选无性系。
其中，第二级筛选包括：从第一级筛选中选出的无性系进入第二级筛选，采用随机完全区组设计，12株小区，4次重复，并加入1个对照品种，对第一级筛选入选无性系嫁接扩繁，生长优于对照品种的无性系作为入选无性系。
进一步地，第一级筛选和第二级筛选中所用的对照品种为相同的楸树品种。进一步地，第一级筛选和第二级筛选中，生长优于对照品种是依据苗木的平均苗高确定的。
其中，第三级筛选包括：将第二级筛选所得无性系在不同生态区进行大田对比试验，采用随机完全区组设计，2~4株小区，4次重复；造林3年后，在不同生态区对入选无性系进行小规模繁殖，并造林验证。
其中，本发明所述楸树无性系的选育方法，是在第三级筛选造林5年时完成适合不同生态区楸树无性系的决选。
其中，本发明所述楸树无性系的选育方法，小区株树可以适当减少或增加。
本发明的楸树无性系选育方法主要包括无性系杂交育种方法和无性系早期选择方法，具体包括：
楸树无性系杂交育种方法包括：
由于楸树是高度杂合体，依据育种目标选择双亲，对其进行人工杂交育种，其F1代（子一代）的生长、抗性等性状可能优于双亲；同时，由于无性系利用是最有效的固定杂种优势、利用杂合体的方法，所以首先对杂交所得不同家系进行评比试验，从中选择优良家系，然后再按照在入选的优良家系中多选超级苗，落选家系中少选超级苗的原则，完成超级苗选择，将超级苗无性系化，最后进行无性系评比试验。这样既可以利用有性方式创造优良个体，不断扩大育种资源，又可以通过无性利用的方式，固定杂种优势，不断提高生长量。
家系选择按照有随机完全区组设计和块状设计相结合的造林方式对家系进行评比试验，对苗木数量大于36株的家系，首先采用随机完全区组设计造林，4次重复，小区株树依据家系苗数量决定，然后对剩余苗木块状造林；对幼苗数量少于36株的家系，则将每个家系块状栽植。通过评比试验从所有参试家系中选择生长高于总体平均值的家系作为入选家系，在家系选择的基础上进行超级苗的选择，并无性系化。
楸树无性系早期选择方法包括：
按照在家系评价选择基础上进行超级苗选择的配合选择原则，分生态区进行大田对比试验，依据生长性状的早-晚期相关理论进行早期选择。
楸树无性系选择坚持大选大淘的原则，逐渐缩小选种群体，分为以下三级进行：
①第一级筛选，最大限度地包含所有无性系；采用间比法无重复试验设计，16株小区，无重复；对超级苗进行嫁接无性系化，每个小区1个无性系，每隔10个无性系加入在生产上广泛应用的品种作为对照；生长优于或与对照相近的无性系作为入选无性系，选择标准相对较低。
②第二级筛选，从第一级筛选中选出的无性系进入第二级筛选，对入选无性系进行更为科学、严格的选择；采用随机完全区组设计，12株小区，4次重复，并加入1个在生产上广泛应用的品种作为对照，对第一级筛选入选无性系嫁接扩繁；生长优于对照的无性系作为入选无性系，选择标准较为严格。
③不同生态区大田对比试验，对第二级筛选的入选无性系进行生长排序和生长增益评估，为不同生态区选择适宜无性系。将第二级筛选所得无性系在不同生态区进行大田对比试验，采用随机完全区组设计，4株小区，4次重复。当土壤条件相对一致，管理水平相同时可以适当减少小区株树，但不能少于2株。试验早期以生长性状和生理性状评价为主，造林3年后，小规模繁殖入选无性系进行造林验证。结合大田对比试验和小规模造林验证，在造林5年时进行幼龄材材性的初步评价，对无性系进行决选。
本发明所述选育方法可以运用在楸树，以及其他树种的无性系早期选择技术等无性系育种中。
由本发明提供的技术方案可以看出，本发明由于是通过人工杂交育种，在有性创造基础上的无性利用，并且通过家系选择和无性系三级选择，能够在不断扩大育种群体的基础上，用8~9年完成对不同生态区适宜优良无性系的早期选择，这样将会比原有无性系选择程序缩短近一半的时间，并且提高了优良无性系选择的育种效率。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
第一级和第二级筛选中的对照品种为目前生产上广泛应用的“金丝楸”。
本发明的楸树无性系杂交育种和无性系早期选择方法，具体包括以下步骤：
①人工杂交育种创造新种质。楸树花期一般为4月底至5月中旬，在盛花期采集优良单株花粉，待母树雌蕊柱头成熟后，选择晴朗、无风或微风的上午9:00-11:00对母树进行人工授粉，每个组合授粉花朵数量为40朵以上，授粉4小时后检查授粉效果，若柱头开始萎蔫，说明授粉成功，若无明显变化，则需要进行补充授粉。9月份待荚果成熟后分不同杂交组合采收荚果，然后将荚果中的种子剥出，用自封袋包装，标明杂交组合（母本×父本）、杂交年份、地点等基本情况，在-4℃冷藏箱中保存。
对不同杂交组合的编号规则为：杂交年份—杂交顺序号，在以下②-③中均使用此编号。
②不同组合杂交种子育苗。第2年3月初，用医用纱布包裹不同组合杂交种子，用体积百分数为4‰的高锰酸钾溶液浸泡消毒1小时，然后用始温为40℃的清水浸泡24小时，最后将种子整齐摆放在铺有滤纸的培养皿中，置于光照培养箱中培养，培养条件为：光培养时间为8:00-18:00（10h），温度为28℃；暗培养时间为18:00-8:00，温度为22℃，由于一般培养箱对湿度控制不严格，所以不控制湿度条件，每天对每个培养皿喷蒸馏水1次，保证培养皿底部滤纸湿润即可。4-5天后种子开始发芽，待胚根长度为种子长度的1/2时将种子移栽到温室营养钵中生长，营养钵基质配比为：草炭土：珍珠岩：鸡粪=5:1:0.3。5月上旬待苗高达10cm左右时将幼苗移出温室，进行炼苗，炼苗时间为2周。
③家系评比试验。5月下旬将不同组合幼苗移栽到苗圃，进行家系评比试验，选择优良家系。组合苗移栽采用随机完全区组设计和块状相结合的设计，对苗木数量大于36株的家系，首先采用随机完全区组设计造林，4次重复，小区株树依据家系苗数量决定，然后对剩余苗木进行块状造林；对幼苗数量少于36株的家系，则将每个家系块状栽植。栽植后对苗木进行浇水、除草、病虫害防治等正常管理，10月底至11月初测定不同组合的苗高。依据各组合苗木的平均苗高选择优良家系，选择标准为平均高大于总体平均值时入选。
④超级苗选择。超级苗选择的原则是在优良家系中多选，而在落选家系中少选，具体选择方法为将每个参试家系中的苗木编号，并依据苗高大小排序，在入选的优良家系中选择前10个单株（超级苗），在落选家系中选择前5个单株（超级苗）。这一标准相对较低，目的是能够使尽量多的基因型进入下级筛选试验中，减小误选的影响，并且能够保证较高的遗传多样性。
对不同杂交组合中入选超级苗的编号规则为：杂交年份—杂交顺序号—家系内超级苗序号，在以下⑤-⑧中均使用此编号。
⑤无性系选择第一级筛选试验。第3年，将入选超级苗无性系化，进行进一步筛选试验。3月中旬，按照间比法无重复试验设计，将嫁接砧木—梓树移栽到试验地，并平茬；3月下旬按照16株小区，每个小区1个无性系，每隔10个无性系加入1个对照品种，对超级苗进行嫁接无性系化，对照为在生产上广泛应用的品种。嫁接后对苗木进行正常管理。10月底至11月初测定各无性系的苗高。依据各无性系苗木的平均苗高选择无性系进入第二级筛选试验。选择标准为生长优于或与对照相近的无性系作为入选无性系。
⑥无性系选择第二级筛选试验。第4年，对第一级筛选入选无性系进一步严格评比，为分生态区大田试验选择无性系。3月中旬，按照随机完全区组设计，将嫁接砧木—梓树移栽到试验地，并平茬；3月下旬按照12株小区，4次重复，对第一级筛选入选无性系嫁接扩繁，以生产上广泛使用的品种为对照，嫁接后对苗木进行正常管理。10月底至11月初测定各无性系的苗高。以苗高为主要选择目标，运用不同的选择强度选择无性系进入大田筛选试验。使用的选择强度为10%。
⑦无性系分生态区大田试验。由于不同无性系对同一或不同生态环境条件的适应性差异较大，所以在无性系决选阶段应该针对不同生态区域选择适宜的无性系。第5年，将第二级筛选入选无性系在不同生态区进行大田试验林营造，试验设计为随机完全区组设计，4株小区，4次重复，为不同生态区选择适宜无性系。依据楸树主要分布区，选择河南省南阳市（亚热带向暖温带的过渡地带，降水量800毫米以上）、河南省洛阳市（暖温带南缘向北亚热带过渡地带，降水量630毫米以上）、甘肃省天水市（温带大陆性气候和亚热带气候的过渡地带，降水量约570毫米以上）共3个试验点。营造当年调查成活率、冻害率，以及进行物候观察、生长性状和生理性状测定。物候观察项目包括萌芽期、展叶期、落叶期；生长性状包括苗高、地径，苗高和地径的测定从展叶期开始每10天测定1次；生理性状包括净光合速率、叶绿素含量、单叶叶面积等；第2年测定树高、胸径、不同无性系叶片主要营养元素含量的季节变化；第3年在不同生态区小规模繁殖入选无性系进行造林验证；第5年测定树高、胸径，对不同无性系的幼龄材木材物理、力学性质、树体冠幅、通直度、分枝角等性状进行测定；第3~5年连续测定树高、胸径。最后综合无性系树高、胸径、木材材性、冠幅、通直度等性状，以30%的入选率对无性系进行决选。
实施例1
以洛楸1号和天楸1号选育为实施例
本发明的楸树无性系杂交育种和无性系早期选择方法，具体包括以下步骤：
1、人工杂交育种
2002年4月底，在楸树开花盛期，直接摘取父本（6-7或金丝楸）雄蕊，将花粉抹到母本（8-5或4001）柱头上。由于楸树缺少传粉媒介、自花不育，授粉时不必去雄和套袋，为确保授粉一次成功，同一杂交组合，连续进行多次授粉。2002年8月25日收获种子。
2、杂种育苗
2003年3月初，在中国林业科学研究院林业研究所种子培养室用医用纱布包裹种子，用4‰高锰酸钾溶液浸泡消毒1小时，然后用始温为40℃的清水浸泡24小时，最后将种子整齐摆放在铺有2层滤纸的培养皿中，置于光照培养箱中培养，培养条件为：光培养时间为8:00-18:00，温度为28℃，暗培养时间为18:00-8:00，温度为22℃，每天对每个培养皿喷蒸馏水1次，保证培养皿底部滤纸湿润即可。种子发芽后，待胚根长度为种子长度的1/2时将种子移栽到中国林业科学研究院林业研究所科研温室营养钵中生长，基质配比为：草炭土：珍珠岩：鸡粪=5:1:0.3。
3、家系评比试验和超级苗选择
2003年5月上旬待苗高达10-15cm左右时将幼苗移出温室，进行炼苗，炼苗时间为2周。炼苗时用透光率为70%的遮阴网对幼苗遮阴。然后按照随机完全区组设计和块状相结合的设计将苗木移栽到河南省洛阳市林业科学研究所苗圃，对幼苗数量大于36株的家系，首先采用随机完全区组设计，9株小区，4次重复栽植，剩余幼苗块状栽植，株行距0.5×0.5m；对幼苗数量少于36株的家系，块状栽植，株行距0.5×0.5m。
栽植后对苗木浇透水3次，然后每月浇水一次，除草、病虫害防治等正常管理。
10月底至11月初测定不同组合的苗高。依据各组合苗木的平均苗高选择优良家系，选择标准为平均高大于总体平均值时入选。超级苗选择是依据家系个体数量，在入选优良家系中多选，而在落选家系中少选，具体选择方法为将每个家系中的苗木依据苗高大小进行排序，在入选家系中多选超级苗，在落选家系中少选超级苗。家系和超级苗选择结果见表1。
表1:不同家系生长差异及入选家系
4、无性系选择第一级筛选试验
2004年，将入选的超级苗无性系化，进行无性系第一级筛选试验。3月15日，按照间比法无重复试验设计，将嫁接砧木—梓树移栽到苗圃试验地，16株小区，株行距为0.5×0.5m，移栽后平茬；3月25日对入选超级苗进行嫁接无性系化，每个小区1个无性系，每隔10个无性系加入1个对照，对照为生产上广泛应用的“金丝楸”。嫁接后对苗木进行正常管理。
10月底至11月初测定各无性系的苗高和地径。依据各无性系苗木的平均苗高选择无性系进入第二级筛选试验。选择标准为生长优于或与对照相近的无性系作为入选无性系。第一级筛选结果见表2。由于第一级筛选参试无性系均超过对照金丝楸，所以全部进入第二级筛选。
表2：无性系第一级筛选生长差异
注：具体实施例中的编号由于是初次使用编号方法，未体现年份。
5、无性系选择第二级筛选试验
2005年，在苗圃试验地对第一级筛选入选无性系进行嫁接，“金丝楸”为对照，12株小区，4次重复。嫁接后对苗木进行正常管理。
10月底至11月初测定各无性系的苗高和地径。以苗高为主要选择目标，以10%的选择强度选择无性系进入大田筛选试验。第二级筛选结果见表3，入选无性系为9-1和1-4。
表3：无性系第二级筛选生长差异
6、无性系分生态区大田试验
2006年3月，将第二级筛选入选无性系、杂交亲本和对照“金丝楸”嫁接苗在三个试验点造林，分别是河南省南阳市、河南省洛阳市、甘肃省天水市。试验设计为随机完全区组设计，4株小区，4次重复。2007年对嫁接未成活单株进行补植。嫁接后对苗木进行正常管理。2008年对无性系在各试验点营造示范林，并进行观察。
到2010年5月，经过多年系统观测，在洛阳试验点确认编号为9-1的杂种无性系具有顶端优势明显、接干能力强，生长快、树干光滑端直、材质优良、抗性强、叶片稠密等优良性状，其生长速度远远超过当前生产上推广的金丝楸，生长性状见表4。2010年5月将编号为9-1的优良无性系命名为洛楸1号。在天水试验点确认编号为1-4的杂种具有顶端优势明显、生长快、树干端直、材质优良、抗性强等优良性状，其生长速度远远超过当前生产上推广的金丝楸，生长性状见表5。2010年5月将编号为1-4的优良无性系命名为天楸1号。
表4：洛楸1号与对照生长情况比较
表5：天楸1号与对照生长情况比较
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种楸树无性系的选育方法，包括：楸树无性系杂交育种方法和楸树无性系早期选择方法；
其中楸树无性系杂交育种方法包括：对楸树进行人工杂交种子育苗，对杂交所得不同家系进行评比试验，从中选择优良家系，然后按照在入选的优良家系中多选超级苗，落选家系中少选超级苗的原则，完成超级苗选择，将超级苗无性系化，最后进行无性系评比试验，即得超级苗无性系；
其中楸树无性系早期选择方法包括：对楸树无性系杂交育种方法得到的超级苗无性系进行三级筛选试验；第一级筛选采用间比法无重复试验设计；第二级筛选采用随机完全区组设计；第三级筛选是在不同生态区进行大田对比试验，采用随机完全区组设计，并结合小规模造林验证，完成适合不同生态区的楸树无性系的决选；
家系评比试验是按照有随机完全区组设计和块状设计相结合的造林方式进行的；
所述家系评比试验包括：对苗木数量大于36株的家系，首先采用随机完全区组设计造林，4次重复，小区株树依据家系苗数量决定，然后对剩余苗木块状造林；对幼苗数量少于36株的家系，则将每个家系块状栽植；通过评比试验从所有参试家系中选择生长高于总体平均值的家系作为入选的优良家系；
第一级筛选包括：对超级苗无性系采用间比法无重复试验设计，16株小区，无重复；对超级苗进行嫁接无性系化，每个小区1个无性系，每隔10个无性系加入1个对照品种；生长优于对照的无性系作为入选无性系；
第二级筛选包括：从第一级筛选中选出的无性系进入第二级筛选，采用随机完全区组设计，12株小区，4次重复，并加入1个对照品种，对第一级筛选入选无性系嫁接扩繁，生长优于对照品种的无性系作为入选无性系；
第三级筛选包括：将第二级筛选所得无性系在不同生态区进行大田对比试验，采用随机完全区组设计，2～4株小区，4次重复；造林3年后，在不同生态区对入选无性系进行小规模繁殖，并造林验证；
第一级筛选和第二级筛选中所用的对照品种为相同的楸树品种；第一级筛选和第二级筛选中，生长优于对照品种是依据苗木的平均苗高确定的；
超级苗的选择包括：将每个参试家系中的苗木依据苗高大小排序，在入选的优良家系中选择前10个超级苗，在落选家系中选择前5个超级苗。
2.根据权利要求1所述的楸树无性系的选育方法，其特征在于，人工杂交种子育苗包括：在楸树盛花期采集单株花粉，待母树雌蕊柱头成熟后，对母树进行人工授粉；待荚果成熟后将荚果中的楸树种子剥出，保存；用高锰酸钾溶液和水对所述楸树种子浸泡消毒，然后进行光照培养，发芽后移栽，待成活后炼苗，得到楸树幼苗。
3.根据权利要求2所述的楸树无性系的选育方法，其特征在于，用3.5～4.5‰的高锰酸钾溶液浸泡消毒0.8～1.2小时，然后用始温为35～45℃的清水浸泡20～25小时；
所述光照培养的培养条件为：光培养时间为9.5～10.5小时，温度为27～29℃；暗培养时间为13.5～14.5小时，温度为21～23℃；
对楸树种子进行光照培养，待胚根长度为种子长度的1/2时将种子移栽到温室营养钵中生长，营养钵基质配比为草炭土：珍珠岩：鸡粪=4.5～5.5:1:0.3。
4.根据权利要求1所述的楸树无性系的选育方法，其特征在于，在第三级筛选造林5年时完成适合不同生态区楸树无性系的决选。
5.权利要求1～4任意一项所述楸树无性系的选育方法在楸树无性系育种中的应用。
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