云南山地橡膠樹三倍體育種回顧

吳 裕，張鳳良，毛常麗，李國華

（云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南景洪666100）

三倍體無性系是林木樹種遺傳改良的重要途徑之一。在我國以收獲木材為主的楊樹（Populusspp.）可以認(rèn)為是三倍體育種成功的標(biāo)志，漆樹（Toxicodendron vernicifluum）三倍體無性系“大紅袍”生漆產(chǎn)量高且品質(zhì)優(yōu)良，桑樹（Morus alba）三倍體無性系產(chǎn)葉量高而且質(zhì)量好。

橡膠樹（Hevea brasiliensis）是典型的林木樹種，以收獲膠乳和木材為主要目標(biāo)，既可歸入經(jīng)濟(jì)林，又可歸入用材林。毫無疑問，三倍體無性系也是橡膠樹遺傳改育的途徑之一，20 世紀(jì)60-80 年代，馬來西亞、印度和中國都有橡膠樹多倍體育種的研究報(bào)道［1-9］。據(jù)這些文獻(xiàn)，橡膠樹三倍體基因型的獲得有多種途徑，包括四倍體與二倍體雜交，人工誘導(dǎo)二倍體植株形成2n 配子，或者從野生群體中篩選天然三倍體基因型等。橡膠樹三倍體基因型的獲得雖然有諸多成功報(bào)道，但未見其它國家或單位有三倍體無性系品種用于生產(chǎn)種植。云南省熱帶作物科學(xué)研究所培育的三倍體無性系品種已成功用于生產(chǎn)種植，在云南山地建成大規(guī)模膠園，總體表現(xiàn)出林相整齊、抗寒性強(qiáng)、產(chǎn)膠量高等優(yōu)點(diǎn)。雖然我們對(duì)橡膠樹三倍體的形成機(jī)理知之甚少，對(duì)三倍體育種的理論總結(jié)也十分欠缺，但是作為唯一一家成功育成橡膠樹三倍體優(yōu)良品種且規(guī)?；茝V的單位，愿意總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以供分享。

1 云南植膠區(qū)自然概況與育種目標(biāo)

云南植膠區(qū)是我國重要的橡膠樹種植基地，也是全世界最特殊的膠園，截止2019 年種植總面積約54 萬hm2。整個(gè)植膠區(qū)地處內(nèi)陸，自然環(huán)境概況可總結(jié)為“緯度偏北、海拔偏高、寒害偏重、旱季偏長(zhǎng)、山地偏陡，但是風(fēng)害較少”。產(chǎn)膠量是全世界天然橡膠種植者共同的主要育種目標(biāo)，在云南植膠區(qū)由于環(huán)境的特殊性就得附加額外的育種目標(biāo)，甚至在一定程度上不得不以降低主要育種目標(biāo)為代價(jià)來滿足附加育種目標(biāo)。云南植膠區(qū)最先制定的育種目標(biāo)是“高產(chǎn)抗寒”，后來又改為“抗寒高產(chǎn)”，這不是簡(jiǎn)單的文字游戲，而是育種目標(biāo)的重大調(diào)整，因?yàn)橹挥心軌虻钟颇仙降氐蜏孛{迫的品種才具備推廣的可能性。

2 云南第一批三倍體無性系（品種）的培育簡(jiǎn)史

我國于1953 年正式規(guī)?；N和產(chǎn)業(yè)化種植橡膠樹，最初是引進(jìn)國外優(yōu)良無性系進(jìn)行適應(yīng)性試種。到1962 年，從引種無性系中評(píng)選出PB86、RRIM600、GT1、PR107 在云南大規(guī)模推廣種植，稱為“四大品種”。其中PB86 和RRIM600 產(chǎn)量最高，但抗寒能力最差，只能種植于水熱條件充足的低海拔地段；GT1 抗寒能力最強(qiáng)，產(chǎn)量中等，可種植于寒害較重海拔較高的地段；PR107 抗寒能力中等，產(chǎn)量中等（割膠10 年后表現(xiàn)高產(chǎn)，但當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)此性狀）。

在以“抗寒高產(chǎn)”為育種目標(biāo)的背景下，云南省熱帶作物科學(xué)研究所的育種前輩們毫無疑問地選擇了GT1 和PR107 為雜交親本，再由于GT1雄花發(fā)育不良，PR107 雌花發(fā)育不良，所以設(shè)計(jì)了雜交組合“GT1×PR107”（后來該家系品種命名為“云研1 號(hào)”），建立雙無性系種子園生產(chǎn)種子。云研1 號(hào)全同胞家系總體抗寒高產(chǎn)，但株間變異大。20 世紀(jì)70 年代，前輩們將云研1 號(hào)小苗進(jìn)行抗寒性大田篩選，在大寒害之后選出3 株，建立了3 個(gè)無性系，分別命名為“云研77-2、云研77-4、云研73-46”，并于1981 年開始無性系測(cè)定工作。到2000 年，云研77-2、云研77-4 通過農(nóng)業(yè)部良種審定，目前已在云南植膠區(qū)建立山地膠園16 萬hm2；云研73-46 于2018 年列入農(nóng)業(yè)部主推品種，已在云南山地推廣種植。

在20 世紀(jì)70 年代，前輩們只根據(jù)抗寒能力強(qiáng)選出了這3 個(gè)基因型，也沒有考慮產(chǎn)膠量指標(biāo)，而是直接進(jìn)入無性系測(cè)定，測(cè)定結(jié)果表明：抗寒能力強(qiáng)，產(chǎn)膠量高，速生性好，于是成為了當(dāng)家品種。到2006 年，云南省熱帶作物科學(xué)研究所通過染色體鑒定，發(fā)現(xiàn)這3 個(gè)無性系都是三倍體。當(dāng)初前輩們選擇這3 個(gè)基因型時(shí)根本沒有關(guān)心染色體的倍性問題，這純粹屬于巧合。

3 云南第二批三倍體無性系培育簡(jiǎn)介

在云南省發(fā)改委的資助下，我們于2006 年開始新建橡膠樹種質(zhì)資源圃（農(nóng)業(yè)部景洪橡膠樹種質(zhì)資源圃）。2006 年采集GT1 開放授粉種子播種繁殖砧木，2007 年嫁接，2008 年裸根苗（芽接樁）定植。在2008 年定植時(shí)，砧木是接近2 年生苗，植株長(zhǎng)勢(shì)和葉片性狀在株間的差異已經(jīng)初步表現(xiàn)。在連續(xù)幾年中，我們憑借肉眼觀察和手感進(jìn)行苗期單株選擇。令人興奮的是，我們選出的單株通過細(xì)胞學(xué)鑒定確認(rèn)大部分都是三倍體。

從2009 年起，我們開展了云南植膠區(qū)生產(chǎn)膠園調(diào)查，其目的是獲得優(yōu)良實(shí)生單株（包括二倍體和三倍體）。當(dāng)時(shí)擬定的調(diào)查對(duì)象是一代膠園，包括家系膠園和無性系膠園中的實(shí)生樹；調(diào)查范圍包括云南的德宏州、西雙版納州、普洱市、紅河州、文山州；選擇指標(biāo)包括生長(zhǎng)量、樹型結(jié)構(gòu)、產(chǎn)膠量、抗寒性等。由于樹齡和環(huán)境差異較大，不利于株間比較，我們采取相對(duì)值和絕對(duì)值的辦法進(jìn)行選擇，以嫁接無性系的形式保存。在諸多優(yōu)樹無性系中，我們通過細(xì)胞學(xué)鑒定，選出2個(gè)三倍體無性系。

自2013 起，我們連續(xù)幾年以無性系為單位開展試驗(yàn)室測(cè)定和田間測(cè)定工作。其中人工控制低溫脅迫和干旱脅迫試驗(yàn)，光合生理測(cè)定，葉片解剖結(jié)構(gòu)分析和基因組C 值測(cè)定已經(jīng)發(fā)表部分?jǐn)?shù)據(jù)［10-15］，對(duì)三倍體抗寒性分子機(jī)理研究的數(shù)據(jù)尚未發(fā)表；在4 個(gè)環(huán)境區(qū)域建立了無性系測(cè)定林基地，通過苗期和幼樹期觀測(cè)，表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。綜合研究表明，這些三倍體無性系從形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)、細(xì)胞學(xué)和分子學(xué)幾個(gè)方面都表現(xiàn)出一定的特殊性，在農(nóng)藝性狀方面表現(xiàn)出良好的抗寒性、抗旱性、速生性、高產(chǎn)性。

4 規(guī)?；b定篩選三倍體基因型

根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)，我們已經(jīng)知道橡膠樹能形成自然三倍體。我們從云研1 號(hào)家系（GT1×PR107）苗木群體中獲得三倍體無性系“云研77-2、云研77-4、云研73-46”；在以云研1 號(hào)家系建立的膠園中已獲得三倍體成年優(yōu)良單株；在以GT1 開放授粉種子建立的半同胞家系砧木群體中，也同樣獲得了三倍體。更進(jìn)一步肯定：以GT1 為母本可以獲得三倍體。

但是這又提出了一個(gè)新的問題：如果2n 配子來源于GT1，那就是GT1 形成2n 雌配子，再與1n花粉結(jié)合，獲得三倍體；如果2n 配子來源于花粉，那么除了GT1 以外，其它植株的種子中也同樣會(huì)包括三倍體，只是我們沒有發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)了可以認(rèn)為有，但沒發(fā)現(xiàn)不能認(rèn)為無。實(shí)際上在后來的研究中，我們發(fā)現(xiàn)了不是來源于GT1 的天然三倍體植株。

從2011 年開始，云南省熱帶作物科學(xué)研究所龍青姨從GT1×PR107 的雙無性系種子園中采集種子，利用流式細(xì)胞儀進(jìn)行批量檢測(cè)，挑選三倍體植株。經(jīng)過幾年的努力工作，獲得三倍體植株約400 株，葉片形態(tài)、植株生長(zhǎng)量等性狀群體變異較大，其中有不少植株長(zhǎng)勢(shì)較弱。

北京林業(yè)大學(xué)博士研究生姚鵬強(qiáng)同學(xué)對(duì)GT1開放授粉子代進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)三倍體比例約占1%，主要來源于2n 雌配子，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了有些三倍體是因?yàn)?n 花粉而產(chǎn)生的。

5 人工誘導(dǎo)三倍體獲得成功

云南省熱帶作物科學(xué)研究所與北京林業(yè)大學(xué)于2010 年正式建立橡膠樹三倍體育種的合作關(guān)系。北京林業(yè)大學(xué)康向陽教授先后派碩士研究生張?jiān)丛春筒┦垦芯可i強(qiáng)連續(xù)8 年（2011-2018）在我所基地開展誘導(dǎo)三倍體的研究工作。姚鵬強(qiáng)以RRIM600 為材料，通過高溫處理獲得2n雌配子和2n 雄配子，通過秋水仙堿處理獲得2n雄配子，而且成功獲得3 株三倍體植株（因其博士學(xué)位論文尚處于保密期，不便引用和公開其中內(nèi)容）。

6 云南山地橡膠樹三倍體育種的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

20 世紀(jì)70 年代，前輩們僅僅根據(jù)苗期抗寒性強(qiáng)就選中了3 株三倍體，這純粹是偶然性；但是后來的研究發(fā)現(xiàn)，三倍體無性系有可能是云南山地育種的特定產(chǎn)物，外在的偶然性背后可能隱藏著本質(zhì)的必然性。這個(gè)必然性堅(jiān)定了我們選擇三倍體育種路線的信心，但是如何利用好三倍體這條育種途徑是值得探討的問題。

育種目標(biāo)制定合適與否是決定育種成敗的關(guān)鍵。橡膠樹以產(chǎn)膠為主的育種目標(biāo)是橡膠產(chǎn)量及品質(zhì)，以用材為主的育種目標(biāo)是木材產(chǎn)量及品質(zhì)；抗寒不是育種目標(biāo)，僅是在寒冷的環(huán)境條件下為了實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)而必須滿足的一個(gè)性狀（可稱為副性狀）。已培育的品種只要高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)就可以根據(jù)其本身抗寒性強(qiáng)弱程度推廣到相應(yīng)的區(qū)域，并非抗寒性越強(qiáng)就越好，否則我們可能會(huì)培育出“抗寒性很強(qiáng)”的品種，但毫無推廣價(jià)值。因此，以GT1 的2n 雌配子獲得的三倍體育種目標(biāo)只需要追求產(chǎn)量（橡膠或木材）即可。

同時(shí)我們也認(rèn)識(shí)到，并非所有三倍體都表現(xiàn)優(yōu)良。20 世紀(jì)70 年代，前輩們獲得三倍體的同一批苗中很可能就有一部分三倍體被凍死了；我們選育第二批三倍體無性系的實(shí)生群體中也可能有諸多三倍體因?yàn)槟繕?biāo)性狀不如意而未被關(guān)注；后來的規(guī)?；b定篩選也證實(shí)，三倍體群體中有很多單株長(zhǎng)勢(shì)較弱，也很可能部分三倍體在幼苗期就夭折了，根本沒有機(jī)會(huì)進(jìn)行倍性鑒定。

不論二倍體還是三倍體，其性狀主要傳遞于父母本。我們已經(jīng)知道，GT1 抗寒，其開放授粉子代普遍抗寒，以GT1 的2n 雌配子獲得的三倍體就可能更抗寒，被稱為基因的“劑量效應(yīng)”；以RRIM600 的2n 雌配子獲得的三倍體抗寒性如何呢？產(chǎn)膠量如何呢？我們還沒有進(jìn)行鑒定。

我們已經(jīng)知道，GT1 開放授粉子代中約有1%的單株為三倍體，那么優(yōu)良的單株就更少了。在三倍體育種過程中，如果能通過表型觀察初選，再作進(jìn)一步細(xì)胞學(xué)鑒定確認(rèn)，就可明顯縮小試驗(yàn)樣本量，提高選擇效率。但是，“肉眼鑒別”三倍體的方法我們還“說不清楚，道不明白”，更做不到建立有效的指標(biāo)體系，只能憑借經(jīng)驗(yàn)和感覺，即所謂“只可意會(huì)，不可言傳”。