以富士為核心親本的蘋果雜交群體的優(yōu)系篩選*

陳旭強，楊亞州，劉 莉，王 英，武月妮，魏 靜，趙政陽

（1 西北農(nóng)林科技大學園藝學院，陜西楊凌 712100）（2 白水縣園藝站）

雜交育種是當前培育蘋果新品種的主要方法。由于蘋果自交不親和、異花授粉等特點，以及其基因組高度雜合，導致蘋果雜交后代的性狀變異非常廣泛，果實經(jīng)濟性狀多呈現(xiàn)退化或趨中變異[1]，而符合育種目標要求的優(yōu)良單株極少。為了篩選出綜合性狀超過親本的個體單株，育種者需要不斷擴大雜交群體的規(guī)?；蛘咴黾与s交代數(shù)才能選育出較為理想的品種（品系）類型[2]。雜交群體過小時，可供選擇的材料少，通常難以選出綜合性狀優(yōu)良的個體?！按笕后w”雜交后代是選育優(yōu)良蘋果品種的重要保證。目前，“少組合、大群體”的育種思路被廣泛采用，育種單位的雜交后代群體保有量普遍較大[3]，加之受童期長、樹體空間大等因素影響，育種成本成倍增加。

蘋果雜交育種過程主要包括在雜種實生苗階段的針對抗性、野生性狀、植株生長情況的早期預選（初選），將預選個體嫁接至矮化砧上，針對果實性狀的篩選（復選），將復選出的優(yōu)系集中起來針對綜合性狀進行評價篩選（決選），最后是將決選出的優(yōu)系在不同地區(qū)進行區(qū)域比較試驗（區(qū)試）從而獲得可以審定的蘋果新品種[4]。初選階段主要淘汰生長勢弱、抗逆性差、易感病、野生性狀明顯的實生單株，選留單株將被嫁接到M26 自根砧上進入復選階段。復選階段以果實品質(zhì)性狀為主，農(nóng)藝性狀為輔，進行綜合評價選出優(yōu)系。復選階段是蘋果雜交育種中最關鍵、最耗時費力的階段，絕大多數(shù)的雜種后代在該階段被淘汰，只有極少數(shù)果實品質(zhì)優(yōu)良、農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較佳的個體進入下一階段的篩選。決選階段是對復選優(yōu)系集中擴繁并與現(xiàn)有主栽品種的品質(zhì)性狀和栽培性狀進行綜合比較。為了節(jié)約時間，當前育種者普遍將決選階段和區(qū)域試驗同時進行。

近年來，課題組按照“少組合、大群體”的育種思路，以品質(zhì)性狀最優(yōu)良的富士蘋果為核心親本，以嘎拉、金冠、粉紅女士、秦冠等特色蘋果品種為骨干親本進行雜交。其中，富士×秦冠組合選育出了晚熟紅色品種瑞陽，富士×粉紅女士組合選育出了晚熟黃色品種瑞雪和紅色品種瑞香紅，富士×嘎拉組合選育出了中熟品種秦月和秦韻，富士×金冠組合未選出合適的品種。這些品種中，瑞雪、瑞陽、瑞香紅市場認可度較高。當前，國內(nèi)蘋果育種單位保存的雜交群體數(shù)量龐大，耗費大量的人力物力[5]。為了進一步增強蘋果雜交育種的針對性、提高育種效率，本研究通過統(tǒng)計雜交組合后代各階段的淘汰率，分析優(yōu)系產(chǎn)出率，進而為雜交后代群體大小的估算提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2007—2010 年，以富士為核心親本，嘎拉、秦冠、粉紅女士和金冠為骨干親本配置雜交組合。獲得的雜交種子沙藏后進行溫室播種和營養(yǎng)缽育苗，最后移栽大田。預選淘汰生長勢弱、易感病、野生性狀明顯的實生單株，在實生苗的第3 年秋季剪取上部飽滿芽嫁接于M26 自根砧，按行株距4.0 m×0.5 m 定植于試驗站蘋果育種復選圃。每年進行輕度修剪，其他管理按一般果園管理方法進行。

本試驗于2018—2020 年每年8—11 月在西北農(nóng)林科技大學白水蘋果試驗站進行，試驗站地處黃土高原優(yōu)質(zhì)蘋果產(chǎn)區(qū)。

1.2 果實性狀田間評價方法

由育種專家、學生、田間工人等共20 人組成評鑒小組。于成熟期從外觀、質(zhì)地、風味和香氣4個方面進行果實感官評價。綜合各個成員的評價結果，作為雜種單株最終的感官評價結果，選出復選優(yōu)系。評價方法參考國際遺傳資源研究所編制的果樹種質(zhì)資源評價系統(tǒng)[6]、《果樹種質(zhì)資源描述符-記載項目及評價標準》[7]、《蘋果種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[8]的性狀描述，并結合課題組的育種經(jīng)驗加以修改（表1）。

表1 蘋果果實品質(zhì)性狀評價指標及其標準

2 結果與分析

2.1 雜交后代初選階段選擇淘汰統(tǒng)計

按照“紅色、優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、抗病、晚熟”的育種目標，以富士為核心親本，嘎拉、金冠、粉紅女士和秦冠為骨干親本配置雜交組合，總共獲得雜交種子58 815 粒，播種獲得雜種實生苗30 579 株（表2）。其中，富士×金冠和富士×嘎拉組合成苗率較高，超過60%，富士×秦冠和富士×粉紅女士雜交組合成苗率在40%左右。

表2 以富士為核心親本的蘋果雜交組合初選淘汰統(tǒng)計

在實生苗（初選）階段以抗病性、野生性狀和株型為主要淘汰指標。主要淘汰生長勢弱、易感病、野生性狀明顯、株型差的實生個體。經(jīng)過連續(xù)3 年的選擇，4 個雜交組合的淘汰率均接近80%。其中，富士×金冠雜交組合最高，達到了81.90%，富士×秦冠雜交組合最低，為77.66%（表2）。

2.2 雜交后代復選階段果實性狀的評價分析

要成為一個蘋果品種，首先需要有優(yōu)異的內(nèi)在品質(zhì)，同時需要有良好的外觀品質(zhì)。目前，盡管針對果實色澤、硬度、含糖量都開發(fā)了便攜式的測量儀器，但是感官評價依然是品種篩選最為簡單和可靠的測定方法。因此，在優(yōu)系篩選時主要采用感官評價。首先針對外觀品質(zhì)進行篩選，淘汰果實外觀有較大缺陷的單株，主要考量光潔度和著色2 個方面。果面光潔度主要看果實表面干凈平滑與否，果皮是否光亮。另外，果銹面積與嚴重程度也是影響果實外觀的重要指標。果實色澤方面，目前國內(nèi)市場上的主流依舊是紅色蘋果品種，對于紅色品種著色程度與面積需要綜合考慮。對綠色和黃色單株，因為果面瑕疵不易被覆蓋，因此果面光潔度和果銹程度要求更高。最后，以果面果銹程度、光潔度和著色3 個指標進行果實外觀品質(zhì)性狀的評價。

蘋果雜種選育過程中，需選留果實無銹光潔、著色好（紅色）且著色面積≥80%的雜交單株。雜交組合親本中，金冠為黃色品種且果實表面相對比較粗糙，其余4 個親本均為紅色品種且果實表面比較光潔。從2 年的調(diào)查數(shù)據(jù)（表3）可見，各組合2019 年光潔度略高于2020 年，而著色程度略低于2020 年，這可能與不同年份間的降水豐度有關。組合間，富士×粉紅女士組合中果面光潔植株比率最高，2019 年達到了23.75%，2020 年為16.67%；富士×嘎拉組合表現(xiàn)最差，平均只有8.17%。果實著色方面，富士×秦冠組合中達到著色要求的個體占比最高，平均有41.21%；富士×粉紅女士相對較低。綜合來看，實際調(diào)查結果顯示各組合中僅有3.42%～8.30%的個體在外觀上達到要求，其中富士×粉紅女士組合比率最高，2 年分別達到8.30%和6.09%；富士×嘎拉、富士×金冠組合比率最低，均不到5%。理論計算的比率小于實際觀察的比率，二者相差約2%，可能是由于果面光潔度和著色程度存在一定程度的正相關。

表3 以富士為核心親本的蘋果雜交后代中果實外觀性狀表現(xiàn)優(yōu)異所占比率

內(nèi)在品質(zhì)的評價主要包括果實質(zhì)地和風味兩個方面。果肉質(zhì)地又分為果肉粗細、硬脆程度和汁液含量3 個方面。在復選階段，需要淘汰果肉粗糙、果實質(zhì)地過硬或綿軟、汁液含量少的個體。果實風味包括酸甜度、香氣，需要淘汰果實風味寡淡、過酸、汁液含量少的個體。以果肉脆度、粗細、汁液含量、果實風味為主要內(nèi)在品質(zhì)指標，并以香氣為重要輔助指標對成熟期果實評價分析。以質(zhì)地松脆、果肉細膩、汁液豐富、口感酸甜、香味協(xié)調(diào)作為優(yōu)系選留的參考標準。雜交組合親本中，富士果肉酥脆、細膩、汁液豐富、風味酸甜，內(nèi)在品質(zhì)最佳，這也是選擇該品種作為核心親本的重要原因。秦冠果實肉質(zhì)稍粗、汁液中等偏少、無香氣，質(zhì)地相對較差，但是抗性強易豐產(chǎn)。其余3 個品種均各具特色。由調(diào)查結果（表4）可知，2019 年果實質(zhì)地和香氣的比率要低于2020 年，而果實風味的比率要高于2020 年。果實質(zhì)地方面，富士×嘎拉組合表現(xiàn)最佳，兩年結果基本一致，優(yōu)良個體比率約為57%；富士×秦冠組合表現(xiàn)最差，2019 年僅有37.90%的個體達到要求，這說明秦冠果實質(zhì)地的遺傳力較強。果實風味方面，富士×秦冠組合表現(xiàn)相對較好，這可能與秦冠果實酸度較低有關；富士×粉紅女士組合相對較差，該組合酸度相對較高，酸、極酸的植株比率合計為20.92%，約是其他組合的2倍，且不少個體的果實有異味。這可能與粉紅女士酸度高、香氣濃的特點有關，后代中極易出現(xiàn)過酸或香氣不協(xié)調(diào)的單株。在4 個雜交組合中，雜交后代中具有香氣的果實均超過了30%。綜合來看，富士×嘎拉雜交后代的內(nèi)在品質(zhì)相對較高，富士×秦冠雜交后代的內(nèi)在品質(zhì)相對最低。

表4 以富士為核心親本的蘋果雜交后代中果實內(nèi)在感官品質(zhì)性狀表現(xiàn)優(yōu)異所占比率

2.3 雜交組合后代群體優(yōu)系比率

根據(jù)“優(yōu)質(zhì)、耐貯、易栽培”的育種目標，綜合外觀品質(zhì)、內(nèi)在品質(zhì)以及初選的淘汰率，獲得各雜交組合中符合育種目標的優(yōu)系的產(chǎn)出率（表5）。

表5 以富士為核心親本的蘋果雜交組合后代群體優(yōu)系篩選情況

理論計算數(shù)據(jù)顯示，4 個雜交組合中，2019 年雜交后代的外觀品質(zhì)優(yōu)于2020 年，但內(nèi)在品質(zhì)要劣于2020 年。符合目標的復選優(yōu)系率最高的是富士×粉紅女士組合，其余3 個組合復選優(yōu)系率在0.4%左右。結合群體初選淘汰率，以雜種實生苗為基數(shù)進行計算，4 個雜交群體的優(yōu)系的產(chǎn)出率在0.07%～0.16%，集中在0.1%左右（表5）。

實際調(diào)查結果顯示，4 個雜交組合中，2019 年雜交后代的外觀品質(zhì)優(yōu)于2020 年，但內(nèi)在品質(zhì)是2020 年優(yōu)于2019 年，與理論計算結果一致。4 個雜交組合中優(yōu)系比率除了富士×秦冠組合其理論值比實際值大1 倍外，其余3 個組合理論值與實際值差異不大，優(yōu)系比率集中在0.1%左右。富士×嘎拉、富士×秦冠、富士×粉紅女士和富士×金冠4個雜交組合篩選出的優(yōu)系數(shù)量分別為4、2、4、4株，以雜種實生苗為基數(shù)進行計算，優(yōu)系的產(chǎn)出率分別為0.08%、0.05%、0.13%、0.08%（表5）。

3 討論

目前，國內(nèi)外均重視自主知識產(chǎn)權品種的培育，培育“優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、易栽培、抗病、耐貯運”蘋果品種是育種者共同的目標。在育種方法上，生物技術育種尚處于起步階段，是研究熱點[9]，而傳統(tǒng)雜交育種仍是蘋果育種中最廣泛和有效的方法。近年來，隨著經(jīng)費投入的增加，雜交群體規(guī)模不斷擴大。育種的針對性和育種目標更加明確，育種策略已經(jīng)從以前的小群體、多組合向大群體、少組合過渡，各單位保留的雜交實生苗越來越多[10]。為了節(jié)省費用，提高育種效率，必須加快早期預先選擇速率，增大淘汰比率。本研究中，富士×嘎拉、富士×秦冠、富士×粉紅女士和富士×金冠4 個組合經(jīng)過連續(xù)3 年的早期選擇，初選淘汰率基本保持在80%左右，僅20%左右的雜交后代進入了復選階段。

雜交后代復選階段果實性狀的評鑒是蘋果雜交育種過程中的關鍵，果實品質(zhì)評價方法有感官評價和儀器測定2 種[11-13]。本研究選擇簡單易行且具有代表性的果實外觀性狀感官指標果銹、果面光潔度和果皮顏色，內(nèi)在品質(zhì)性狀感官指標果實質(zhì)地、風味，對蘋果雜交群體果實從外觀性狀和內(nèi)在性狀2 個大方面進行感官綜合評價篩選。綜合來看，富士×粉紅女士和富士×秦冠2 個組合在外觀性狀上表現(xiàn)優(yōu)異；富士×秦冠組合的內(nèi)在感官評價最低，這可能與秦冠果肉質(zhì)地、粗細、果汁含量等果實特性遺傳力較強有關，其次是富士×粉紅女士的組合，這與該群體雜交后代中出現(xiàn)較多風味酸的果實有關，而富士×嘎拉組合內(nèi)在感官的綜合評價最高。

我國剛開始蘋果雜交育種時，大多數(shù)從事蘋果育種的單位只有0.2 萬～0.5 萬株的雜種實生苗，很少有上萬株雜種實生苗的組合[14]。進入新世紀以來，雜交實生苗的數(shù)量大幅增加，近10 年來，我國各育種單位進行蘋果雜交育種時，保存了近40 萬株雜種實生苗，是目前雜交群體最多的國家[15]。而國外從事蘋果育種的單位，如新西蘭基本上每年都會選配雜交組合培育上萬株蘋果雜種實生苗，在優(yōu)系篩選上有很大的余地[16]。

我國自開展有計劃的蘋果育種工作以來，已選育300 余個蘋果品種，通過常規(guī)雜交選育的品種有140 余個[17]。早期雜交育種的群體規(guī)模較小，中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所從僅有的14 株雜交組合中培育出了華帥（富士×新紅星），華冠（金冠×富士）則從130 多株實生苗中選育而來，華妃（華富×金冠）從67 株雜交苗中選育。日本選育出的富士（國光×元帥）是由787 株實生苗中選出的[18]。隨著雜交群體規(guī)模的不斷增加，西北農(nóng)林科技大學從1 294 株雜種實生苗中選育出了晚熟、黃色蘋果新品種瑞雪（秦富1 號×粉紅女士）和晚熟、紅色蘋果新品種瑞香紅（秦富1 號×粉紅女士）[19-20]，從2 365 株雜種實生苗中選育出了晚熟、紅色優(yōu)質(zhì)蘋果新品種瑞陽（富士×秦冠）[21]，從3 535 株雜種實生苗中選育出了晚熟優(yōu)質(zhì)品種秦脆（長富2 號×蜜脆）[22]，這些蘋果新品種都有望改善富士在我國蘋果種植中一家獨大的局面。

陳學森等[23]認為，要實現(xiàn)基本的育種目標，育成有特色的世界性蘋果“大品種”，雜交組合后代的實生苗群體至少要有3 000 株。本研究中，富士×嘎拉和富士×金冠雜交組合后代群體優(yōu)系產(chǎn)出率無論是理論計算還是實際調(diào)查結果，都為0.8%，由此可推導出雜交組合后代實生苗群體最少要達到1 250 株；富士×秦冠組合理論上優(yōu)系產(chǎn)出率在0.1%左右，最少需1 000 株雜交后代才可以選出1株符合育種目標的優(yōu)系，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)系產(chǎn)出率為0.5%，雜種實生苗群體最少需要2 000 株，事實上，我們已從2 365 株雜種實生苗中選育出了新品種瑞陽；富士×粉紅女士雜交組合育種目標中果實色澤為紅色時，優(yōu)系產(chǎn)出率為0.13%，最小群體可為770 株，育種目標中果實色澤為非紅色時，優(yōu)系產(chǎn)出率為0.1%，最小群體可為1 000 株，實際上，我們已從1 294 株后代中選育出了優(yōu)良品種瑞雪（黃色）和瑞香紅（紅色），這可提供參考。

本研究選取的4 個雜交組合優(yōu)系產(chǎn)出率在0.1%左右，即在1 000 株雜交實生苗中可篩選出1株優(yōu)系，雜交實生苗群體最小可為1 000 株。然而，在蘋果雜交育種中，優(yōu)系要進一步選擇，通過區(qū)試和決選后才能成為新品種，要育成國際性蘋果新品種，所需的雜交實生苗群體會更大，這需要進一步研究。

4 結論

本研究按照既定的育種目標，在只考慮果實成熟期綜合性狀的基礎上，富士×嘎拉、富士×秦冠、富士×粉紅女士和富士×金冠4 個雜交組合后代優(yōu)系比率分別為0.08%、0.05%、0.13%和0.08%。