思茅松高世代育种策略研究.pdf
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1、/思茅松高世代育种策略研究李江 陈伟 陈少瑜 罗婷 冯弦 陈绍安 姜远标(云南省林业和草原科学院 云南 昆明 国家林业草原思茅松工程技术研究中心 云南 昆明)摘要:思茅松是我国生长最快且用途广泛的松树之一 因为缺乏科学的育种策略指导 致使遗传改良长期停滞于第 代水平 为了有效推进其高世代遗传改良 本文对第 轮遗传改良的成果和经验进行行了全面的分析总结根据其树种特性 参考国内外松属树种的成功经验 首次提出思茅松高世代育种策略 采用国际上林木多轮育种的基本概念与通用做法 系统地划分和组建思茅松高世代遗传改良基本群体、选择群体、育种群体和生产群体 以期在控制高世代育种近交水平、有效管理育种材料和充分
2、利用思茅松生长优势等方面发挥重要作用关键词:思茅松 高世代育种策略 基本群体 选择群体 育种群体 生产群体中图分类号:文献标识码:文章编号:()(:.:思茅松()集中分布于云南哀牢山以西 澜沧江以东 直至西双版纳州北缘 的帚状高原面是思茅松的集中分布区 包括景东、墨江、镇沅、景谷、宁洱、思茅和澜沧等县区 除普洱市外 云南的临沧、西双版纳、保山、玉溪和德宏等州市均呈零星分布 越南、老挝、缅甸、泰国和印度等国也有分布 普洱市现有思茅松总面积 其 中 人 工 林 天 然 林 人工促进天然更新林 (云南省林业调查规划院 云南省森林资源调查报告 年)云南普洱依托思茅松兴建了林浆(纸)第 卷 期 年 月
3、西 部 林 业 科 学 收稿日期:基金项目:云南省重点研发项目()云南省种子种业联合实验室项目()中央财政推广项目(云)云南省创新团队项目()第一作者简介:李江()男 博士 研究员 主要从事思茅松育种与高效栽培研究:产业、林板产业和松脂产业等发达的林产工业体系 相关产业税收居于全省龙头地位 普洱市正在全力推进“全国重要现代林产业基地”建设 加速发展千亿元规模的林浆纸和林板产业 总体看来 普洱林产业对资源的依赖性很强 普洱林产业长远发展取决于原料能否有效供给 出路在于大力发展思茅松工业原料林 加强以良种为核心的原料林集约化培育 大幅度提高产量和原料质量思茅松每年可生长 轮 是我国生长最快的松属树
4、种 遗传改良的空间与潜力很大 但是 从 世纪 年代完成思茅松第 轮遗传改良以来 长期停滞不前 严重落后于省外用材树种的改良水平 国内杉木()已完成了第 代改良 进入第 代育种 马尾松()、油松()、华北落 叶 松 ()、红松()和樟子松()等针叶用材树种的第 代遗传改良已经比较深入 随着国家新一轮林木良种选育计划的开展 杉木和马尾松等主要针叶用材树种将开始更高世代遗传改良现有思茅松种子园都是第 代或 代 先后收集保存的思茅松种质资源家底不清、用途不明 思茅松杂交育种缺乏系统的规划 有限的育种资源因很多低水平重复研究 造成不同程度的浪费 为了尽快实现思茅松良种升级换代 遗传改良研究持续合理发展
5、迫切需要制定符合思茅松实际、合理可行的长期育种策略 林木遗传改良研究现状 思茅松遗传改良的基本概况思茅松遗传改良工作始于 世纪 年代初期(年)云南省林业科学院的赵文书、李莲芳等研究者 在云南省科委和省林业厅林木良种专项资金支持下开展了思茅松优良种源选择、天然优良林分选择和思茅松无性系种子园营建技术研究 年在普文试验林场建成云南省第一个思茅松初级无性系种子园 普文思茅松种子园从 年开始陆续提供良种用于生产 该种子园是思茅松第 代遗传改良的标志性成果 在云南省思茅松人工林培育中发挥了重要作用 普文思茅松初级无性系种子园建成后 根据普文种子园半胞子测林测定结果逆向选择出一批 代优树无性系 以这批材料
6、作为建园材料 先后在景谷、镇沅、景洪和澜沧等地建成 个思茅松 代的材用种子园 其中景洪市普文试验林场思茅松种子园和普洱市景谷县文朗试验林场的思茅松种子园种子已通过良种审定 入选国家长期林木良种基地 此期营建的半胞子测林还成为 代育种材料的一个重要来源 思茅松种子园良种已经在云南省推广造林面积 以上在生产上发挥了重要作用 在第 代思茅松种子园建成投产前 该种子园生产的良种还将发挥重要作用从 世纪 年代 第 个思茅松初级无性系种子园建成后 以云南省林业和草原科学院为主的相关研发机构围绕思茅遗传改良持续开展研究 唐社云和段安安等对思茅松种子园的丰产结实管理技术进行了初步探索 具体措施有断顶、施肥和人
7、工促进授粉等 陈少瑜等对普文思茅松初级种子园的遗传多样性开进行了首次研究 在云南省科技攻关项目“思茅林区现代林产业发展综合技术集成研究与示范”(年)支持下 李江等开展了思茅松快繁技术研究 开发出标准化的思茅松扦插繁殖技术 制订了相关技术标准在云南省科技攻关项目“思茅松可持续经营技术研究与示范”(年)和国家发改委“云南思茅松良种高技术产业化示范”(年)等项目支持下 蒋云东等开展了思茅松高脂优树选择、自由授粉家系高脂良种选育、高脂无性系测定等研究 并在镇沅县建成云南省首个思茅松高产脂无性系种子园 选育了一批高产脂良种 在国家林业公益性行业专项“高产脂思茅松良种选育及功能基因克隆与鉴定(年)”支持下
8、 开展了高脂优树选择、高脂无性系选育和高脂原料林定向培育试验 开发专属的 引物 对 克隆获得一批思茅松产异基因和转录因子 开展了、和 等产脂相关基因的功能分析思茅松的遗传改良工作与马尾松等树种同期起步 但是因为投入的人力和财力不足、研究力量分散 加之缺乏长期育种策略等原因 思茅松总体上长期停滞于第 代遗传改良阶段 多数良种工作都是对第 代育种成果的推广与应用 与思茅松培育研究发展较快不同 直到 年 蒋云东等分别以高脂和速生作为改良目标 开始思茅松杂交育种探索 初步掌握了思茅松杂交育种技术 年开始 云南省林业科学院启动自主创新项目“思茅松 代育种群体构建(年)”对思茅松第 代育种成果进行了系统整
9、理 选育出 个西 部 林 业 科 学 年云林 系列思茅松半同胞子家系良种和一批半胞子代优良材料 使遗传增益在思茅松初级种子园的基础上 有了较大提高 相关良种已在 云景林纸等龙头企业开始规模化推广应用 近年来 云南省林业和草原科学院的“用材林培育研究团队”先后获得云南省重点研发计划和省种子种业联合实验室首席专家项目等育种专项支持 当前正在全力推进以 代育种群体构建为核心的思茅松杂交育种工作 思茅松育种正式步入高世代遗传改良的全新阶段 高世代育种策略解决的主要问题林木育种策略()是针对某个特定树种的育种目标 依据树种的生物学和林学特性、遗传变异特点、资源状况和已取得的育种进展 并考虑当前的社会和经
10、济条件 可能投入的人力、物力和财力 对该树种遗传改良做出的长期的总体安排 国际上 主要林业发达国家对重要林木都在坚持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这是林木可持续遗传改良的根本所在 在此基础上 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 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 为了实现思茅松育种尽快实现升级换代 并能持续发展 迫切需要制定一个符合思茅松实际、合理可行的思茅松长期育种策略 实现思茅松初级世代育
11、种和高世代育种的有机衔接 在全面整理初级育种成果的基础上 指导思茅松高世代育种长期有序的开展 为此 本研究按照林木育种基本群体、选择群体、育种群体和生产群体的基本概念和建设要求对思茅松育种进行梳理 以选择、交配和遗传测定为核心 对思茅松育种策略进行探讨和研究 以推动云南省思茅松高世代育种工作持续规范地发展思茅松高世代育种策略主要解决以下问题:一是分别依照基本群体、选择群体、育种群体和生产群体的现代林木育种理念对现有思茅松育种材料进行系统梳理 厘清育种材料的现状 实现对种质资源的科学管理 二是借鉴马尾松和杉木等树种的高世代育种经验 深入研究思茅松树种特点 提出相关群体建设目标与构建技术 对高世代
12、遗传改良进行总体规划 三是以思茅松 代育种群体构建为核心 制定杂交、分子辅助育种、遗传测定等具体技术方案 以加快思茅松高世代遗传改良进程 思茅松高世代育种策略的主要内容 总体技术路线如图 所示 思茅松第 代遗传改良基本上可以划分为三个阶段 第一阶段是创建 代遗传改良基本群体 个途径包括利用第 代育种群体开展杂交创制全同胞子代 纳入全部现有思茅松半同胞子代林和补充外部优树资源 第二个阶段是选择和组建选择群体与育种群体 通过遗传测定从全同胞子测林和半同胞子测林中选择 代优树 补充部分其它优树后建立 代选择群体和育种群体 测定的同时选育家系良种 第三个阶段是建设相关的育种基地 包括:建设种质资源库保
13、存选择群体与育种群体 以实现优良种质的长期保存利用 建设 代育种园 矮化保存第 代核心育种群体 为下一轮育种提供便利的杂交育种场所及亲本材料 建设 代种子园 建立生产群体 生产高世代良种 最后 营建良种示范林 及时将本轮遗传改良新成果进行示范推广 需要指出 思茅松 代遗传改良是不断完善的长期过程 不同阶段主要任务各有侧重 但各个阶段的工作也会有交叉图 思茅松第 轮遗传改良总体技术路线 基本群体的组建计划思茅松第 代遗传改良的基本群体为云南省思茅松分布区内所有的思茅松天然林单株 第 代遗传改良基本群体为第 代优树的自由授粉半同胞子代和第 代育种群体的全同胞杂交子代 现有思茅 第 期 李江等:思茅
14、松高世代育种策略研究松半胞子测林中有 万多株 全胞子测林计划种植约 万株以上 现代林木遗传改良实践中 代际区分不是非常严格 根据多目标性状改良需要 现有收集保存的高脂、长节、细枝、多花和高抗等种质资源也都纳入思茅松第 代遗传改良基本群体 约个单株 思茅松第 代遗传改良基本群体预计约为 个基因型 杂交创制全同胞子代()第 代育种群体育种群体来源于选择群体的部分或全部优树 通过基于不同交配设计的基因重组获得遗传增益提高的遗传变异 林木遗传改良的根本任务是持续提高林木的整体遗传品质每 轮育种群体的遗传多样性都应该维持在一个合理的水平 才能避免育种材料的遗传基础不会随着代数增加越来越窄 保证育种群体的
15、合适规模也是减少子代共祖率的有效手段 思茅松作为集中分布的地方性树种 人工造林面积大 遗传多样性容易丧失 这对遗传改良工作提出了更高要求 既要不断选育高遗传增益的良种 又要注意在每一轮改良中维持合理的遗传多样性 确定育种群体的规模非常重要 总的原则是在研究思茅松全分布区基本群体遗传多样性的基础上 将其作为确定育种群体规模的重要参考指标 此外 结合育种材料和育种规模合理确定育种群体规模 育种群体的遗传多样性要占本轮基本群体多样性 以上 据此 课题组利用普文试验林场思茅松半胞子代测定结果 根据育种值逆向选出 个思茅松优良无性系 再补充第 轮优树选择漏选的澜沧种源优树后 开展基于 分子标记的亲缘关系
16、分析 对第 代思茅松育种群体进行结构划分 亲缘关系较近的划分在相同的亚系和育种组 最终分为 个亚系 个育种组(每组 个无性系)共 个无性系组成思茅松第 代核心育种群体()交配设计杂种优势是指两个遗传性不同的亲本杂交所产生的亲本一代在生长势、生活力、抗逆性、产量和品质等方面比双亲优异的现象 为充分利用杂种优势 同时控制杂交规模以减少劳动力 借鉴国内马尾松的高世代遗传改良经验 思茅松高世代育种群体杂交育种交配以测交设计为主 并以不同亚系组间的正向和反向测交为主 但是 根据研究需要也可采用不连续双列杂交、全双列和半双列交配设计 营建全同胞子代测定林测定是林木育种循环的一个重要环节 杂交获得的全同胞子
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