油橄榄杂交子代生长与生理性状变异研究

李金花 张晓艳 李 娜 赵海云 张建国

( 1. 中国林业科学研究院林业研究所林木遗传育种国家重点实验室，国家林业和草原局林木培育重点实验室，北京 100091；

2. 国家林业和草原局陇南市国家油橄榄良种基地，陇南市武都区林业局油橄榄研究开发中心，甘肃 陇南 746000)

油橄榄（Olea europaea）原产于地中海地区，是世界著名优质木本油料兼果用树种，利用其鲜果经冷榨而成的橄榄油具有营养保健功能。目前油橄榄已在40多个国家引种种植，在长期的引种驯化和栽培历史中形成了1 200多个品种[1]。我国自20世纪60年代初期开始大规模地引种油橄榄，经过数十年努力，已在9个省市区引种推广，尤以甘肃、四川、云南发展规模最大，引进品种超过150个，但在大多数地区没有形成生产力，主要原因是我国土壤和气候条件与原产地不同，相近气候和土壤因子的差异，影响了油橄榄生长发育[2-4]。因此，单从品种选择和栽培技术上改善和提高产量是困难的，必须加强油橄榄育种工作，以引进的油橄榄遗传资源为基础，创造和选育适应我国气候和土壤特点的油橄榄新品种[5-8]。油橄榄以异花授粉为主，大多数品种为自交不亲和，即使存在部分自交亲和性，但自孕率最多只有0～3%[4,9-10]。油橄榄品种通常来源于自然授粉种子的实生苗，有相当数量都是品种间自然杂种，在遗传性上具有极大的杂合性，存在丰富的遗传变异，奠定了选择育种的基础[11]。实生选优是油橄榄育种的主要途径之一，对表型变异丰富的实生个体的选择目标主要为适应性（不良条件的抗性）、丰产性（结果早晚和多少）和果实品质（含油率和大小），其中果实品质须在开花结实后才能进行评价[12-13]。然而，在自然条件下油橄榄实生树的童期长达15～20 a，成为了影响育种工作效率的瓶颈[10,14-16]。为了加速育种进程，如何缩短童期、提早开花结果，选育短童期油橄榄新品种，一直是国内外油橄榄育种者关注的问题。

国外油橄榄育种起步较早，从童期叶片形态和组织结构[16-20]、生理生化特征[21-22]、分子生理机制[23-25]和生长参数[26-29]等方面进行了大量研究，并发现亲本基因型[30-33]和实生树早期生长势[27,31,34]影响实生树的童期长短。油橄榄不同品种的童期长短不同，不同品种子代实生树的童期长短与其亲本的童期长短相关[30,33]，特别是与其母本的童期长短有关[35]。实生树的开花结实，必须具备足够生长量即营养积累，因此通过提供适宜环境条件来提高生长势，可以缩短童期，而树高和地径被认为评价生长势的主要参数[26,33-34]。光合作用作为能量主要来源的途径，从根本上影响着植株的生长势，光合作用和效率亦可作为油橄榄育种的选择目标[7,36]。

本研究以‘城固32’、‘鄂植8’、‘莱星’和‘皮削利’4个油橄榄品种杂交F1代2年生实生苗为实验材料，对苗高、地径、Ⅰ级分枝数、Ⅰ级分枝总长、主干节间长等生长性状和净光合速率（Pn）、最大光化学效率（Fv/Fm）、光合性能指数（PI）等生理性状进行遗传变异分析、相关分析及主成分分析分析，研究了不同杂交组合内性状变异系数，对其变异来源进行估算，旨在综合评价和选择生长势强的实生苗，为短童期实生苗的早期选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验方法

在甘肃省陇南市武都区大湾沟油橄榄示范园（104°55′E，33°24′N）内选择‘城固 32’、‘鄂植8’、‘莱星’、‘皮削利’4个品种为亲本，每个品种选取树龄一致、生长势和产量俱佳的结果树3株。在春季开花期利用人工杂交袋法[4]进行完全双列杂交试验，3次重复，秋季9月中旬收集果实，并采集了4个品种自由授粉的果实，经果肉脱离、清洗处理后获得种子。

在中国林业科学研究院（北京）（116°14′E，40°00′N）温室将种子破壳后获得种仁，播种在10 cm×13 cm穴盘中，共获得62株播种苗（表1），待生长8个月后，移栽到24 cm×30 cm营养钵中继续培养，培养基质为V（腐殖质土）∶V（珍珠岩）=8∶1的混合物。

表 1 不同油橄榄品种的杂交子代实生苗数量及编号Table 1 The number of seedlings from crossing between O. europaea varieties

1.2 性状测定

于2014年生长季节8月，测定2年生杂交子代实生苗木苗高、地径、Ⅰ级分枝数及总长和主干节间长。于8月24—26日上午9：00—11：00，采用Li-6400光合仪（ LI-COR，美国）测定Pn。叶片温度为25～30 ℃，光强为900～1 100 μmol/（m2·s），流速为 3×105μmol/s。同时利用 Handy PEA型植物效率仪（Hansatech，英国）测定叶绿素荧光特性，测定前采用叶子夹进行20 min遮光处理，以保证叶子完全进入暗适应状态，记录Fv/Fm、PI。

1.3 统计分析

利用Excel对数据进行录入和校对。利用SPSS 18.0和对数据进行性状变异分析、相关性分析和主成份分析。按公式（1）计算变异系数（C）。利用WinNC 1.0[37]，按方差分析线性模型（公式（2））进行方差分析。

式中：S为标准差，X为某一总体指标的平均值。

式中：Yijk为第i个母本下第j个父本的第k个观测值。μ为群体平均值；Fi为母本效应；Mij为母本下的父本效应；eijk为机误。

2 结果与分析

2.1 子代实生苗的性状变异

油橄榄子代实生苗生长与生理参数的变异分析结果见表2。

表 2 油橄榄子代实生苗生长与生理参数的变异分析Table 2 Variation analysis of growth and physiological parameters of O. europaea seedlings

由表2可知，62株实生苗生长性状和生理性状均存在变异，苗高均值为85.23 cm，最大的是鄂植8×莱星子代28b（149.6 cm），是最小的莱星自由授粉子代35e（16.4 cm）的9倍。地径均值为0.612 cm，最大的是鄂植8自交子代12a（0.891 cm），是最小的城固32×莱星子代9b（0.341 cm）的2.6倍。1级分枝总长均值为97.48 cm，最大的是莱星自交子代34b（248.3 cm），是最小的莱星×鄂植8子代46g（4.6 cm）的54倍；分枝数均值为18.64，最多的是莱星自交子代34b（38个），5b、34c、34d无侧枝；主干节间长均值为1.83 cm，最大的是28a（2.75 cm），是最小的46g（0.35 cm）的7.8倍；Pn最大的是42a（13.03），是最小的6e（1.71）的13倍；Fv/Fm最大的是28e（0.853），是最小的46g（0.725）的1.5倍；PI最大的是46d（5.419），最小的是35f（0.33）。除Fv/Fm的变异系数较小之外，各生长性状均存在较大的变异系数，Ⅰ级分枝总长变异最大为0.617。由此可知，油橄榄杂交子代实生苗的生长性状存在较大的变异，而子代实生苗的Fv/Fm变异不大，无选择的意义。

2.2 子代实生苗性状的方差分析

由表3可知，苗高、地径、主干节间长、Pn、Fv/Fm和PI的母本间和母本内父本间差异均不显著，Ⅰ级分枝总长和分枝数的母本间差异不显著，但母本内父本间差异显著（P＜0.05）。由此可知，母本基因型不是性状差异的主要来源，母本内父本基因型是Ⅰ级分枝总长及和分枝数变异的主要来源，对Ⅰ级分枝总长和分枝数变异的影响主要源于父本基因型或者是父本与母本基因型之间交互效应。

表 3 油橄榄子代实生苗生长与生理性状的方差分析Table 3 One-way ANOVA of growth and physiological parameter of O. europaea seedlings

2.3 子代实生苗生长与生理性状的相关关系

由表4可知，子代实生苗各生长性状间相关关系显著（P＜0.05），且为正相关，苗高和主干节间长相关性最高（r=0.839），生长性状与Fv/Fm、PI间相关关系不显著。由此表明，生长势不仅仅表现在苗高和地径上，Ⅰ级分枝数及分枝总长、主干节间长均可作为评价实生苗生长势的参数。光合作用作为植物获得能量的主要渠道，Pn除了与Ⅰ级分枝总长间相关性不显著外，与其他性状间相关性均呈极显著（P＜0.05）。由此可知，在油橄榄子代实生苗早期选择时，不仅仅以苗高和地径为生长势的早期选择指标，Ⅰ级分枝数及分枝总长、主干节间长和Pn均可以作为早期选择性状指标。

表 4 油橄榄子代实生苗生长与生理性状相关性分析Table 4 Correlation analysis between growth and physiological traits of O. europaea seedlings

2.4 油橄榄不同杂交子代生长与生理性状的主成分分析

由图1可知，以特征值＞1为标准剖分出2个主成分（主成分方程见表5），第1主成分在各性状上的载荷分别为0.916、0.737、0.576、0.579、0.849和0.863，除Ⅰ级分枝数和分枝总长外均大于0.7。由此表明，第1主成分是苗高、地径、主干节间长和Pn的综合反应指标；第2主成分则主要为Ⅰ级分枝总长和分枝数的反应指标，载荷值分别为0.754和0.744。第1、2主成分累积贡献率达81.88%，在一定程度上能够说明油橄榄子代实生苗的生长势。

图 1 油橄榄子代实生苗生长和生理性状主成分分析碎石Fig. 1 Crushed stone diagram of growth and physiological traits of O. europaea seedlings

表 5 油橄榄子代实生苗生长性状和生理性状主成分方程Table 5 Principal component equation for growth traits andphysiological traits of O. europaea seedlings

利用第1、2主成分绘制散点图（图2），生长势和发枝表现较优良的实生苗为5a、7a、9a、12a、15a、24a、24b、28d、34a、34b、35d、42a、43c、43e、44a、45a、46a、46c、46g等19个，生长势不显优势但发枝表现较优良的为4a、35c、46d、42b等4个。生长势较差，但发枝表现优良的为35h、15e、43g、39a、35e和46f等6个。生长势表现较优，但发枝表现不显优势的为 35a、37a、38a、43d、43h、40a。23a、15c、46b、44b、28a等11个。生长势较优但发枝表现较差的是15d、27a、28b、28c、35b、15b、43f等7个。生长势和发枝表现均不显优势的为43a、9b、43b、46e、41a、35f、28e等7个。生长势和发枝表现均较差的是5b、34d、34c、27b、14a、28f、24c、35g等8个。综上所述，实生苗优良单株为 5a、7a、9a、12a、15a、24a、24b、28d、34a、34b、35d、42a、43c、43e、44a、45a、46a、46c、46g、43a、9b、43b、46e、41a、35f、28e、15d、27a、28b、28c、35b、15b、43f、35a、37a、38a、43d、43h、40a、23a、15c、46b、44b、28a等44个。

图 2 油橄榄实生苗生长与生理参数主成分载荷图Fig. 2 Main component load diagram of growth and physiological parameters of O. europaea seedlings

3 结论与讨论

油橄榄是地中海的油用和果用树种，我国的自然条件与油橄榄原产地具有较大差异，虽然引入的品种在我国已经引种成功，但对我国的气候和土壤适应性表现出差异，因此适于我国生态环境的品种是油橄榄育种的重点。在油橄榄育种中对实生苗进行单株选优，我国选育出‘中山24’、‘城固32’、‘鄂植8’等优良实生品种，美国由墨西哥引种油橄榄选育出实生品种‘Mission’[5]。目前，油橄榄育种目标是选择童期短、矮化、抗病的品种。本研究目的是选择理论上童期短的子代实生苗，选择出的优良单株有44株，短童期的选择率为70.9%，明显提高了供试群体的均值。此外选择了一些生长势不显优势但发枝能力表现较优的单株，如4a、35c、46d、42b，矮化单株的选择率为6.5%。这些单株的苗高、地茎处于中等水平，但是侧枝发枝明显且生长旺盛，可以考虑作为矮化品种。对于生长势特别弱的侏儒苗木，一般不能成型，没有入选价值[4]，则可以淘汰掉，淘汰率达33.9%。

本研究实试材料来自温室，与大田条件具有一定差异，实际的选择效果还未可知，必须经大田试验的筛选和检验。以苗高和地径作为实生苗生长势指标只适用于温室，不适于田间试验筛选[31]，而利用田间试验对油橄榄生长势相关的参数进行分析，发现评价油橄榄生长势的最适参数主要包括顶茎、第2侧枝数、最长侧枝节间长、主干的冠幅、第2侧枝角[34]。因此，通过田间试验进行进一步的选择时，应选用这5个参数作为评价生长势的指标，但是否可以作为评价童期长短的直接依据，有待进一步鉴定[38]。最新研究表明[33]，相对于子代生长势，母本基因型对油橄榄童期的影响更为显著，对于不同基因型母本，子代实生苗苗高的选择指标不应相同。由此可知，进行子代早期选择时，应先考虑到母本基因型的影响，然后在母本基因型前提下选择生长势表现优良的实生苗单株。然而，对于母本基因型前提下子代的生长势选择，不同基因型母本应采用苗高的哪些具体指标尚未有研究。

本研究发现实生苗在母本间生长性状差异不显著，而母本内父本间Ⅰ级分枝总长和分枝数差异性显著，这些差异性是由于父本还是母本与父本的交互作用影响尚未可知。因此，在开展油橄榄杂交育种时，是否应考虑注重杂交组合的选择。对油橄榄子代实生苗单株间Fv/Fm差异性不大，无选择的意义，而Pn与苗高、地径、分枝数和节间长之间表现出显著正相关，说明Pn可作为生长势的一个评价指标，而在生产实践中，不便于测定子代单株的光合作用，适宜于将Ⅰ级分枝数等形态指标作为选择指标[39]。因此，在培育油橄榄短童期新品种的过程中，可先考虑将短童期品种作为母本，再从其子代中选择生长势优良单株，结合适宜的栽培和修剪方法，最大化地缩短童期，提高油橄榄栽培效益[28,39]。

致谢：本项研究工作中得到了陇南田园油橄榄科技开发有限公司的大力支持和帮助，硕士研究生秦倩参与了部分测定工作，特此致谢。