栗屬植物育種技術(shù)研究進展

摘 要：栗屬植物的殼斗內(nèi)都具有富含食用淀粉的堅果，具有很高的營養(yǎng)價值。世界上具有經(jīng)濟栽培價值的食用栗中，以板栗、歐洲栗、日本栗為主，板栗因抗病性強、堅果品質(zhì)好等優(yōu)點具有特殊地位。板栗是我國重要的木本糧食樹種，具有種質(zhì)資源豐富、栽培歷史悠久、適應(yīng)強等特點，種植面積和總產(chǎn)量居世界首位，但在生產(chǎn)實際中良種化程度低等問題制約著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而培育符合市場需求的優(yōu)良種質(zhì)是提升栗產(chǎn)業(yè)水平的關(guān)鍵。本文從栗屬植物育種的發(fā)展歷程出發(fā)，全面、系統(tǒng)地闡述了國內(nèi)外栗屬植物常規(guī)育種（實生選種、芽變選種、雜交育種、誘變育種等）和現(xiàn)代生物育種（分子標記輔助育種、基因工程、細胞工程等）技術(shù)的研究進展，并對未來育種方向進行了展望。隨著基因組測序工作的完成和基因編輯技術(shù)的重大突破，栗屬植物育種正邁向多性狀、多技術(shù)融合的精準化新階段，這將極大地加快優(yōu)異種質(zhì)的創(chuàng)制，促進栗產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞：栗屬植物；種質(zhì)資源；育種技術(shù)；研究進展

中圖分類號：S722.3；S664.2 文獻標志碼：A 文章編號：1003—8981（2025）01—0001—10

栗是殼斗科Fagaceae 栗屬Castanea 植物，其果實營養(yǎng)豐富，富含淀粉，還有蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，被稱為“干果之王”。在世界范圍內(nèi)板栗、歐洲栗Castanea sativa、日本栗Castanea crenata S. et Z. 以食用為主，是傳統(tǒng)的木本糧食樹種，而板栗因抗逆性強、堅果品質(zhì)好等優(yōu)點占據(jù)重要地位。陜西西安半坡遺址發(fā)現(xiàn)栗果早在6000 年前就被采集食用；司馬遷的《史記·貨殖列傳》也有記載：“燕、秦千樹栗……此其人皆與千戶侯等”。栗在中國南方和北方均有種植。栗果在古代是戰(zhàn)荒時期的應(yīng)急糧食，故有“鐵桿莊稼”的美譽。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計，中國栗栽培面積已達到180×104 hm2，年產(chǎn)量196.5×104 t，居世界首位[1-2]。

栗屬植物樹體根系發(fā)達，抗寒、抗旱、耐澇能力強，在保持水土、涵養(yǎng)水源等方面有較大的優(yōu)勢，尤其適宜栽植在山丘地帶。栗不僅在經(jīng)濟上促進農(nóng)民增收、改善山區(qū)生活水平，還對生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價值[3-5]。隨著理論技術(shù)與市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，栗屬植物育種面臨著品種混雜、良種短缺、產(chǎn)量低、病蟲害發(fā)生嚴重等問題。實生選種等常規(guī)育種方式已無法滿足市場需求，亟需常規(guī)育種與現(xiàn)代生物育種技術(shù)相結(jié)合，培育出適合當?shù)丨h(huán)境的優(yōu)良品種，改善優(yōu)良種質(zhì)匱乏現(xiàn)狀[6-7]。

目前，栗屬植物的育種技術(shù)從實生選種到雜交育種，從常規(guī)育種到現(xiàn)代生物技術(shù)育種，育種工作得到了較快的發(fā)展。以板栗為例，當前已培育出優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)的‘燕寶’‘泰山1 號’‘懷奇’等新品種，有效地改良了板栗的某些性狀[8-10]。本研究系統(tǒng)地梳理了國內(nèi)外栗屬植物育種技術(shù)的研究進展，重點對常規(guī)育種和現(xiàn)代生物技術(shù)育種兩大技術(shù)體系進行了全面論述，旨在為推動我國栗屬植物育種工作的進程，提高栗屬植物育種效率，促進優(yōu)質(zhì)、優(yōu)良種質(zhì)資源的應(yīng)用與推廣提供參考。

1 栗屬植物育種工作進展

1.1 栗種質(zhì)資源調(diào)查和發(fā)掘利用

我國栗屬植物雖然栽培歷史悠久，但新中國成立后才逐步重視板栗種質(zhì)資源調(diào)查和發(fā)掘利用。20 世紀50—60 年代，我國開展了全國板栗品種資源調(diào)查，先后在河北、北京、山東、江蘇等12 個?。ㄊ校┱沓鋈珖謇醯胤狡贩N近300 個，引進50 余個種質(zhì)[11]。

隨著栗屬植物種質(zhì)資源調(diào)查和收集工作的推進，相繼建立了多個國家級板栗種質(zhì)資源圃，如中山植物園板栗種質(zhì)資源圃、國家果樹種質(zhì)板栗圃等，以及社會支持建立的其他類板栗種質(zhì)資源圃，如北京市懷柔區(qū)板栗種質(zhì)資源圃、福建省建甄市錐栗Castanea henryi （Skan） Rehd. et Wils 種質(zhì)資源保護圃等。

種質(zhì)資源圃的規(guī)范化建設(shè)，能夠充分挖掘和利用種質(zhì)資源，通過多途徑育種培育出適宜各地種植的板栗良種。同時，隨著現(xiàn)代分子生物學的發(fā)展和板栗基因組測序工作的完成，利用分子標記技術(shù)對板栗種質(zhì)資源圃（庫）的種質(zhì)開展遺傳多樣性分析、基因定位及基因組圖譜的構(gòu)建，加快了板栗的種質(zhì)資源創(chuàng)新和分子育種進程[2，8]。

1.2 國內(nèi)栗育種研究進展

自20 世紀50—60 年代，我國板栗育種工作逐漸展開，全國各科研單位開展了品種資源調(diào)查、良種選育及生物學特性等工作。通過實生選種選出了‘燕山早豐’‘燕昌’‘宋家早’等一批優(yōu)質(zhì)、性狀優(yōu)良的種質(zhì)，同時還發(fā)現(xiàn)了‘無花’‘無刺’‘紅苞’等特異種質(zhì)資源[11]。

20 世紀60 年代，南京中山植物園率先進行了栗屬植物種間雜交，獲得了第一批雜種苗。70—80年代，李雅志等[12-13] 利用輻射誘變（‘農(nóng)大1 號’）、芽變選種（‘紅栗’）等技術(shù)培育出一批板栗良種。錐栗育種工作自20 世紀90 年代加快，實生選種培育出早實晚熟、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的良種[14]。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，2009 年，田華等[15] 基于簡單序列重復(fù)（SSR）分子標記對中國板栗28 個自然居群展開遺傳多樣性分析。SSR 等各類分子技術(shù)為研究板栗種質(zhì)資源、遺傳圖譜構(gòu)建等提供了有效的技術(shù)手段。

2019 年首個栗屬植物基因組完成測序，高質(zhì)量的板栗基因組圖譜為其起源演化、遺傳改良等奠定基礎(chǔ)[16]。2024 年，楊金輝等[17] 以福建省22個錐栗為試驗材料，利用6 對多態(tài)性表達序列標簽-簡單重復(fù)序列（EST-SSR）引物對其遺傳多樣性進行研究，綜合分析了其無性系錐栗的遺傳多樣性，并建立了指紋圖譜，為后續(xù)培育豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的錐栗新種質(zhì)及篩選適宜當?shù)氐奶厣N質(zhì)資源提供了理論參考。

1.3 國外栗育種研究進展

自20 世紀以來，歐洲栗受到墨水病和栗疫病的嚴重打擊，產(chǎn)量逐年下降；美國因栗疫病生態(tài)環(huán)境大面積受害，東部所有的栗樹幾乎被摧毀，瀕臨滅絕。中國板栗對墨水病和栗疫病具有較高的抗性，使其被國外大量引進，直接栽培或與美洲栗雜交，用于培育出具有生長健壯、抗栗疫病的新種質(zhì)，為栗屬植物的育種奠定理論基礎(chǔ)[18]。

20 世紀40 年代末，葡萄牙研究學者開始了第1 次種間雜交，提高了歐洲栗對墨水病的抗性[19]。20世紀90年代，法國育種學家選用抗性較強的日本栗、板栗、歐洲栗進行種間雜交，共得到7 000 多株板栗雜交優(yōu)株，獲得了適宜本地的優(yōu)良品種[20]。日本學者為了選育抗病蟲害、高果實品質(zhì)的新品種，大力開展種內(nèi)和種間雜交，成功培育出適合當?shù)亍⒖估醢`蜂和澀皮容易剝離的新品種[21]。2006 年，Costa[22-24] 在歐洲與中國栗之間建立了1套種間雜交組合，并產(chǎn)生了2 個獨立的全同胞系：SC（C. sativa×C. crenata） 和SM（C. sativa×C.mollissima），其中SC 的雜交種被發(fā)現(xiàn)對疫霉菌具有抗性，并被廣泛用作砧木；2015 年進一步對SC 和SM 雜交種F1 進行體外繁殖研究。

Casasoli 等[25] 采用RAPD 和同工酶標記技術(shù)構(gòu)建了歐洲栗的遺傳連鎖圖譜，為后續(xù)QTL 定位研究奠定了重要基礎(chǔ)。Sogo 等[26] 利用SSR 分子標記研究了216 個栗屬植物的遺傳多樣性和親緣關(guān)系進行評價，通過遺傳背景鑒定、篩選出多個特異性SSR 基因型，為板栗品種鑒定和育種效率的提升提供了重要依據(jù)。目前，雜交育種，生物技術(shù)SSR、RAPD、SRAP 分子標記，細胞工程等技術(shù)逐漸成熟，為栗屬植物的育種研究奠定了理論基礎(chǔ)[27-29]。

2 栗屬植物的育種方式

2.1 常規(guī)育種

2.1.1 實生選種

實生選種主要通過調(diào)查及連年觀測板栗實生群體的各種性狀，對后代表現(xiàn)出較好的優(yōu)良性狀進行選擇，旨為達到豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗性強，兼顧早實、矮化及其它優(yōu)良性狀的育種目標。

邵則夏等[30]、孫海偉等[31]、姜曉裝等[32] 通過實生選種選育出‘云豐’‘云良’等優(yōu)質(zhì)、性狀優(yōu)良的品種，為云南省板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及育種工作起到了積極作用。閆洪楚等[33]、劉樹增等[34] 通過該方式選育出具有植株矮小、樹冠聚攏特征的板栗良種‘矮豐’‘蓮花栗’。欒風福等[35] 選育出抗性較強的‘麗抗’。王廣鵬等[36] 通過實生優(yōu)選獲得樹體矮小、修剪省工型新品種‘替碼明珠’。此外，我國研究學者根據(jù)市場需求還培育出‘陽光’‘林冠’‘金優(yōu)2 號’等適宜加工的板栗新品種[37-39]。龔榜初等[15，40] 利用實生選種， 篩選出‘YLZ07號’‘YLZ24 號’和‘華栗’等錐栗品種，具有早熟、風味好、樹體矮化、可密植栽培、適應(yīng)范圍廣、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)等特性。

我國華北、西南、長江流域等地區(qū)有諸多天然的栗屬植物種質(zhì)資源，且在河北、山東等地建立了栗屬種質(zhì)資源圃。實生選種可充分利用該類自然資源，改良種質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)，實現(xiàn)種質(zhì)的多樣化。

2.1.2 芽變選種

芽變育種是染色體基因突變引起，使變異體在形態(tài)、生理、生化等方面既保持了母本的優(yōu)良性狀，又表現(xiàn)出比母本更優(yōu)異的其他特性，從而產(chǎn)生新的變異類型，并對變異的優(yōu)異性狀進行分離鑒定，培育新種質(zhì)的育種方法。

趙永孝等[41] 通過芽變選種選育出了早熟、豐產(chǎn)、抗逆性強的‘泰山１號’，目前已在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。秦嶺等[42] 選育出雄花序短小、適宜山地及貧瘠地區(qū)生長的芽變新品種‘短花云豐’。王會文等[43] 成功選育出早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的板栗芽變品種‘短豐’，并進行技術(shù)審定和新品種登記申報。劉陽等[10] 通過實生芽變選育出早實、早產(chǎn)、豐產(chǎn)性強的新品種‘懷奇’。

芽變育種的目標是保留原品種性狀優(yōu)良的變異類型基礎(chǔ)上，針對育種目標進行改良，進而培育目標種質(zhì)。芽變雖是栗屬植物上一種普遍存在的現(xiàn)象，它不僅能為雜交育種提供新的種質(zhì)資源，而且還可“優(yōu)中選優(yōu)”，選出優(yōu)良新種質(zhì)，亦是一種簡易而有效地培育新種質(zhì)的重要方式。

2.1.3 雜交育種

雜交育種是植物傳統(tǒng)育種方式之一，是按照特定的育種目標選配具有優(yōu)良遺傳性狀的親本，使親本的遺傳物質(zhì)通過雜交進行基因重組，獲得雜種后代，再通過科學的方法篩選獲得符合目標的優(yōu)良新品種。雜交育種是國內(nèi)外研究學者們普遍應(yīng)用、行之有效的一種種質(zhì)創(chuàng)新和新品種培育的途徑。

栗屬植物的雜交育種研究起步較早，早在1894 年美國就曾利用歐洲栗、美洲栗Castaneadentata Borkhausen、日本栗進行種間雜交，育成了果材兼用的‘Clapper’新品種[8]。為了篩選適合地中海干旱類型的栗屬植物品種，Santos 等[19]通過歐洲栗耐旱耐濕的特性進行種內(nèi)控制雜交試驗，選育出了早萌發(fā)特性、抗旱抗?jié)衲芰娗腋吖庑У膬?yōu)良品種，為干旱地區(qū)歐洲栗的栽培提供了重要種質(zhì)資源。明桂冬等[44] 利于‘紅栗’ב泰安薄殼栗’成功選育出雜交種‘紅1 號’，該品種不僅具有早實、豐產(chǎn)、適應(yīng)范圍廣的特點，還具有綠化、生態(tài)等特性。時興春等[45]、李喜運等[46]利用板栗和日本栗進行種間正反交，成功培育出新品種‘遼栗10 號’‘遼栗15 號’‘遼栗23 號’‘中日一號’。婁進群等[47] 用‘燕山魁栗’ב垂栗2 號’進行雜交，培育出早實、樹冠矮小且品質(zhì)優(yōu)良的板栗新品種‘遵玉’。張樹航等[48-49] 成功培育出堅果粒大、風味甘甜、性糯且適宜栽植在北方緩坡丘陵及沙地的板栗新品種‘南垂5 號’（‘燕明’ב燕山早豐’）和‘冀栗1 號’（‘南垂5號’ב南溝1 號’）。

江錫兵等[50] 對板栗和錐栗間雜交F1 代的單株葉片表型及光合生理等性狀的遺傳變異規(guī)律進行研究，結(jié)果表明，葉柄長度、氣孔導度等11 個性狀的變異系數(shù)在20% 以上，存在廣泛的遺傳變異。Brett 等[51] 以美洲栗與板栗第三世代回交子代為試驗材料，開展干旱脅迫條件下的栗疫病侵染試驗，結(jié)果表明干旱脅迫條件下各回交子代氣孔導度、葉水勢的相關(guān)系數(shù)等指標均處于美洲栗與板栗之間，且干旱條件對第三世代回交子代的抗病性沒有顯著性影響。方周等[52] 以錐栗為試驗材料進行雜交授粉，通過分析得總苞質(zhì)量、出籽率等性狀間具有不同程度的正相關(guān)性，并且存在不同程度的花粉直感效應(yīng)。同時，研究發(fā)現(xiàn)雜交F1 代外形特征具有豐富的遺傳多樣性，且性狀之間存在一定的關(guān)聯(lián)性[53]。因此，在今后的研究中雜交育種可擴大近緣屬間的雜交，也可通過分子生物學等技術(shù)探究雜交后代雜種的機理，分析優(yōu)良雜種相關(guān)的基因，篩選具有優(yōu)良性狀的雜交后代。

2.1.4 誘變育種

誘變育種作為現(xiàn)代育種技術(shù)，是指利用物理（如γ 射線、快中子等）、化學（疊氮化鈉、秋水仙素、EMS 等）、空間（航天育種）等因素使染色體擴大變異來源，誘導樹體發(fā)生基因突變，進而改良個別性狀基因，獲得目標新種質(zhì)[54]。

張蔭芳等[55] 開展了快中子輻射誘變育種研究，育成抗病能力強的‘輻射76-6’。謝治芳等[56] 以廣東油板栗休眠期1 年生果枝為試材，用快中子進行輻射處理，育成了‘農(nóng)大1 號’，該品種存在1 苞多?，F(xiàn)象，被廣東省科委鑒定為板栗新品種。項艷等[57] 采用離子注入的方式在冬芽內(nèi)注入不同能量、不同劑量的N+，研究發(fā)現(xiàn)，注入后酯酶和過氧化物酶的種類和活性發(fā)生變化，均促進了板栗的生長。王靜等[58] 以‘燕山早豐’接穗為試驗材料，進行60Co-γ 輻射處理，結(jié)果表明隨著輻照劑量的增加嫁接成活率呈下降趨勢，60Co-γ 輻照板栗接穗的半致死劑量為20.26 Gy，且葉面積增大，葉片光合速率增高，果實的單粒質(zhì)量增大。

王靜[59] 利用不同濃度秋水仙素浸泡處理板栗種子，發(fā)現(xiàn)0.3% 濃度處理后種子播種第3 年出現(xiàn)了1 株生長旺盛且單株產(chǎn)量達1.9 kg 的種苗，且該處理下雄芽花枝數(shù)目最少，與對照處理相比降低了95%。研究表明，甲基磺酸乙酯、疊氮化鈉等是化學誘變劑[60-62]，栗屬植物中暫未見相關(guān)報道。在今后的研究中可以擴大物理、化學誘變劑的種類，也可以將輻射誘變與組織培養(yǎng)技術(shù)結(jié)合，建立誘變體系，同時利用基因組學、轉(zhuǎn)錄組學等技術(shù)對誘變獲得的突變體展開深入、系統(tǒng)地分子機理研究，為創(chuàng)新栗屬新種質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

2.2 現(xiàn)代生物技術(shù)育種

2.2.1 分子標記輔助育種

隨著分子生物學理論與技術(shù)的不斷創(chuàng)新，以DNA 為基礎(chǔ)的分子標記技術(shù)體系逐漸完善。在栗屬植物的研究中，RAPD（隨機擴增多態(tài)性DNA）、AFLP（擴增片段長度多態(tài)性）和SSR（簡單序列重復(fù)）標記等是常用的分子標記方法，可為栗屬等經(jīng)濟樹種的遺傳多樣性分析、性狀關(guān)聯(lián)分析、遺傳改良等方面帶來重大進展。高捍東等[63] 利用RAPD 分子標記技術(shù)，研究了板栗品種的遺傳多樣性，建立了46 個板栗品種的DNA 指紋數(shù)據(jù)庫。王英等[64] 采用微衛(wèi)星標記技術(shù)，揭示了茅栗自然居群空間遺傳結(jié)構(gòu)，為栗屬植物中國特有種的保育策略提供依據(jù)。Serrazina 等[65] 比較了接種肉桂假單胞菌后易感種C. sativa 和抗性種C. crenata 根的轉(zhuǎn)錄組，以闡明板栗的防御機制，發(fā)現(xiàn)耐藥種可能比易感物種在防御反應(yīng)中涉及更多的基因表達。

SSR 技術(shù)可用于農(nóng)藝性狀關(guān)聯(lián)分析及特異性性狀標記。江錫兵等[66] 采用SSR 標記對北京、山東等10 個省（市）95 個板栗地方品種的遺傳多樣性、群體結(jié)構(gòu)進行分析，并且采用關(guān)聯(lián)分析與板栗農(nóng)藝性狀進行SSR 標記。在此基礎(chǔ)上，利用SSR 標記對雜交后代栗的生長、枝條、葉片表型等進行關(guān)聯(lián)分析，研究發(fā)現(xiàn)了ICMA017s 等15個SSR 標記與樹高等農(nóng)藝性狀高度關(guān)聯(lián)[50]。劉國彬等[67] 利用SSR 熒光標記技術(shù)對板栗古樹資源的遺傳變異進行分析，結(jié)果表明明清板栗古樹群體遺傳多樣性偏低，有必要采取引種、異地保存等合理的補救措施保護古樹資源。董蒙蒙等[68] 基于SSR 和SRAP 分子標記技術(shù)，對福建省的17 個錐栗主栽農(nóng)家品種展開遺傳多樣性研究，研究表明錐栗農(nóng)家品種存在豐富的遺傳多樣，并構(gòu)建了17個品種的DNA 指紋圖譜。Didem 等[69] 利用干旱相關(guān)的基因組分析土耳其地區(qū)栗種間的親緣關(guān)系及耐旱性，結(jié)果表明‘Marigoule’耐旱能力最強。Shingo 等[70] 以日本栗為試驗材料，利用SSR 技術(shù)標記了日本栗剝皮位點CmSca06716 位于染色體內(nèi)，這將為研究日本栗表皮剝落的遺傳控制和生理機制的奠定基礎(chǔ)。

綜上，分子標記輔助技術(shù)不僅對栗屬資源的開發(fā)利用、名木古樹資源保護、遺傳多樣性分析、優(yōu)良基因型的篩選等方面具有重要指導意義，還可為分子標記與優(yōu)良基因的關(guān)聯(lián)性提供理論指導，同時為高效鑒別栗屬植物的優(yōu)良種質(zhì)提供了準確、可靠的方法。

2.2.2 基因工程技術(shù)

基因工程技術(shù)，又稱基因重組技術(shù)或遺傳工程，是一系列用于操作生物遺傳物質(zhì)（DNA）以改變生物特性得到具備理想性狀的基因，對林木品種進行定向性狀改良，從而達到改良品種性狀的目的。

栗屬植物分布在亞、歐、美等地區(qū)，具有很高的生態(tài)價值和經(jīng)濟價值。研究栗屬植物的基因組序列，篩選、改良栗的果實品質(zhì)和抗病性等重要性狀具有重要意義。Polin 等[71] 利用農(nóng)桿菌作為轉(zhuǎn)化載體對歐洲栗和美洲栗進行轉(zhuǎn)化，將表型正常的轉(zhuǎn)基因枝條再生且生根，并在1 個轉(zhuǎn)基因株系中檢測到草酸氧化酶基因在維管組織的特異表達。Post 等[72] 研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因后的美洲栗對天蠶蛾和美國白蛾生長無影響，并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因美洲栗的抗病能力更強。Corredoira 等[73] 首次從板栗葉中分離出CsTL1，通過實時熒光定量顯示轉(zhuǎn)基因株系CsTL1 表達量高出13.5 倍，過表達導致板栗對墨病具有一定的耐受性。曾揚鵑[74] 以板栗‘燕寶’為材料，克隆了板栗CmFLS 的CDS 序列，并在過表達CmFLS 基因的煙草F1 代株系中發(fā)現(xiàn)過表達CmFLS提高了抗氧化酶活性，延緩了MDA的增加，增強了轉(zhuǎn)基因煙草的抗旱能力，這為板栗分子育種提供了一定的理論基礎(chǔ)，值得進一步研究與利用。

基因編輯技術(shù)作為新興的生物育種技術(shù)，為栗屬植物的應(yīng)用開辟了道路。在歐洲栗中，首次報道了CRISPR/cas9 介導的基因編輯技術(shù)，利用植物農(nóng)桿菌介導的方法編輯體細胞內(nèi)八氫番茄紅素脫氫酶（pds）基因，繼代培養(yǎng)后體細胞胚萌發(fā)后產(chǎn)生了白化植物 [75]。McGuigan 等[76] 使用基因編輯技術(shù)將草酸氧化酶基因和Cast_Gnk2-like 基因轉(zhuǎn)入美洲栗的無性系胚，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因后的無性系對枯萎病和肉桂霉病有較強的抗病性。Cao 等[77] 在栗基因組中篩選出115 個CmNAC 基因，通過RNA-seq 對‘燕龍’芽、胚珠的發(fā)育階段進行驗證分析，發(fā)現(xiàn)CmNAC18 與花芽分化有關(guān)，CmNAC17 可能存在致病性，后續(xù)還需要進一步驗證CmNAC 基因在板栗發(fā)育中的潛在功能。Mattioni 等[78] 比較了意大利、希臘等在內(nèi)的29 個地點68 個群落的1 768 個個體進行了遺傳結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)果園中栗樹種群內(nèi)遺傳參數(shù)與其他栗樹管理類型之間存在差異，不同國家之間和國家內(nèi)部的栗樹基因組也存在差異。

Clément 等[79] 利用SNP 和SSR 位點對園中273 棵栗樹（歐洲栗、日本栗、中國板栗及雜交種）進行地理定位和基因分型，對表型（高度、直徑、冠層直徑等）、花粉能力（柳絮長度等）和果實產(chǎn)量（毛刺數(shù)量、結(jié)實率等）等進行調(diào)查，鑒定出了115 個獨特的基因型。Hu 等[80] 通過結(jié)合Oxford Nanopore（牛津納米孔）技術(shù)、IlluminaHiSeq X 和Hi-C（三維基因組）技術(shù)研究了‘黑山寨7’‘燕山早生’‘燕紅’等品種的基因組序列，獲得了3 個板栗種質(zhì)的基因組組裝，并通過同源基因鑒定和基因家族聚類分析，發(fā)現(xiàn)3 個種質(zhì)有13248 個單拷貝直接同源基因，為縮短育種過程奠定基礎(chǔ)。Li 等[81] 利用‘蘭優(yōu)’構(gòu)建參考基因組，基因SBE（Camol08G0254600）被鑒定為連接程度最高的樞紐基因，是編碼支鏈淀粉生物合成途徑中的1 個關(guān)鍵酶，這為板栗的群體遺傳改良及改善果實品質(zhì)奠定了理論基礎(chǔ)。

綜上，基因編輯技術(shù)能夠縮短栗屬植物的育種周期，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）能夠?qū)崿F(xiàn)定位與抗性、果實品質(zhì)等重要性狀相關(guān)的基因位點。結(jié)合CRISPR/Cas9 基因編輯系統(tǒng)，對植株重要性狀的相關(guān)基因精準調(diào)控與協(xié)同改良，有望推動栗屬植物育種工作從“經(jīng)驗主導”邁向“設(shè)計導向”。

2.2.3 細胞工程技術(shù)

細胞工程技術(shù)就是利用細胞和組織培養(yǎng)、細胞融合及基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)保留植物體的優(yōu)良基因，并對植物進行改良和繁殖。栗屬植物組織培養(yǎng)技術(shù)研究起步較早，1947—1953 年間盡管采用形成層、莖尖、莖段、腋芽、葉片、胚等外植體，誘導形成了愈傷組織，分化形成芽原基，但未獲得幼苗。直到80 年代初栗屬植物的組織培養(yǎng)才成功地獲得了再生植株[82]。楊其光等[83] 首次成功地對中國板栗1 年生枝條的側(cè)芽進行離體培養(yǎng)，獲得生根的幼苗，并轉(zhuǎn)移至溫室培育。研究表明，以莖段、胚為外植體時誘導效果較好，添加適當濃度植物生長調(diào)節(jié)劑（細胞分裂素和生長素）可促進愈傷組織的形成和增殖，構(gòu)建成齡板栗組培體系和成熟胚再生體系[84-86]。

栗屬植物離體繁殖通過環(huán)境調(diào)控、方法創(chuàng)新等途徑顯著提升了繁殖的適應(yīng)性與成活率。Takuya 等[87] 對2 月齡日本栗幼苗進行微繁殖，在盆栽后使再生的小植株能夠適應(yīng)環(huán)境，成功獲得日本栗的微繁殖和馴化。Diego 等[88] 在高光強和富含CO2 的空氣中培養(yǎng)外植體，并添加不同比例的蔗糖，評估對外植體生長、生根和生理狀態(tài)的影響，結(jié)果顯示在0.5% 蔗糖濃度下，臨時浸泡法培養(yǎng)的芽生長和生根均成功，且抗氧化酶的活性最高。Song 等[89] 利用吲哚乙酸生根方法的進行繁殖，‘Maraval’‘Marigoule’‘Marsol’‘PrecoceMigoule’4 個品種生根率分別達87%、67%、93%、97%，為栗屬植物的生根馴化提供理論基礎(chǔ)。Luo 等[90] 對板栗和錐栗的花粉離體萌發(fā)和染色進行試驗，結(jié)果顯示，MTT 和聯(lián)苯胺-H2O2 可以有效區(qū)分有無活力的花粉，H3BO3 和GA3 均顯著促進花粉的萌發(fā)，為花粉的離體培養(yǎng)、板栗錐栗的無性繁殖育種技術(shù)的提供理論參考。

通過遺傳轉(zhuǎn)化與功能基因解析可為性狀精準調(diào)控提供新途徑。于文杰等[91] 通過不同狀態(tài)的愈傷組織（‘燕山紅栗’幼胚胚芽誘導形成）和表達載體優(yōu)化板栗愈傷組織瞬時轉(zhuǎn)化體系，并構(gòu)建板栗淀粉合成關(guān)鍵酶基因CmSSⅠ 沉默載體，提高了板栗愈傷組織瞬時轉(zhuǎn)化體系的轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性。孫芝林等[92] 研究發(fā)現(xiàn)CmHAT1 基因過表達后可以使板栗體細胞胚胎的數(shù)量和體積發(fā)生變化，調(diào)控體細胞胚胎的發(fā)育進程，為基于體細胞胚胎系統(tǒng)的板栗新種質(zhì)創(chuàng)制奠定了科學基礎(chǔ)。

原生質(zhì)體是去除細胞壁后，由細胞膜包圍的具有生活力的裸露細胞，在細胞融合、遺傳轉(zhuǎn)化、基因功能驗證等研究中發(fā)揮關(guān)鍵作用。當前研究已針對不同基因型和取材部位建立了差異化的分離方案。趙艷艷等[93] 以板栗下胚軸為試驗材料，對酶解時間、酶液組合進行優(yōu)化，建立了適合分離和純化下胚軸原生質(zhì)體的方法。王凡[94] 以錐栗主栽品種‘華栗1 號’和‘德栗1 號’為試驗材料，建立高效的錐栗葉肉原生質(zhì)體分離技術(shù)，并進行了電容融合、PEG融合試驗，其中PEG融合率更高。不斷優(yōu)化的原生質(zhì)體的分離純化方案將為植株改良和基因功能研究提供強有力的驗證載體。

3 研究展望

經(jīng)過長期深入研究，栗屬植物育種工作已取得顯著進展。常規(guī)育種技術(shù)在栗屬植物的可持續(xù)發(fā)展中仍占據(jù)重要地位，但存在育種周期長、良種化程度低等問題，未來可圍繞 資源整合、多目標協(xié)同 等方向展開研究。而生物技術(shù)育種憑借定向改良及其獨特優(yōu)勢，在栗屬植物育種領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。隨著基因組測序工作的完成和基因編輯技術(shù)的重大突破，栗屬植物育種正邁向多性狀、多技術(shù)融合的精準化新階段。同時，分子生物育種與常規(guī)育種技術(shù)的結(jié)合，可有效解決栗屬植物育種周期長、效率低、性狀不可控等問題，這對實現(xiàn)創(chuàng)新栗屬植物種質(zhì)資源、完善育種技術(shù)體系等具有重要意義，也為栗屬植物產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論支持。

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[ 本文編校：張雨朦]

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFD2200400）；林業(yè)和草原科技成果國家級推廣項目（2020133118）。