果树品种遗传性状改良与选育创新技术研究

孙根发

DOI： 10.3969/j.issn.1003-1650.2024.05.051

果树品种改良与选育技术在现代农业中发挥着关键作用。本研究侧重于技术方面，聚焦于基因编辑、分子标记、无性繁殖等创新技术的应用。基因编辑工具如CRISPR-Cas9已经为果树品种改良带来了革命性的变革，使我们能够精确地修改果树的遗传组成，以提高其抗病虫性和品质。分子标记辅助选育可加速育种过程，通过分析候选基因和标记与性状之间的关联，选择出理想的品种。此外，无性繁殖技术，如接穗和组织培养，可以确保良好的遗传一致性，快速扩大种苗数量。本研究还关注遗传多样性的保护和利用，以确保长期的可持续果树品种改良。新兴技术和未来趋势方面，基因组学和表观遗传学等前沿领域为果树育种提供了更多可能性。

果树是农业生产中的关键作物，对食品供应和经济发展至关重要。然而，面临气候变化、病虫害压力和市场需求等多重挑战，果树的抗病虫性、品质和产量等性状的改良变得至关紧迫。在此背景下，果树品种改良和选育技术变得尤为重要。深入研究果树品种改良与选育技术，特别关注那些技术性的突破。基因编辑技术的发展使我们能够精确地编辑果树基因，以增强其抗病虫性和适应性。分子标记辅助选育可帮助育种者更快速地选择理想的品种，同时无性繁殖技术的应用可加速良种繁育过程。同时，本研究还将关注如何保护和利用果树的遗传多样性，以确保可持续的改良工作。

一、果树品种改良的历史和现代发展

1、果树品种改良的历史和发展

果树品种改良是一个悠久的农业传统，早在人类农业的早期，人们就开始通过选择、繁殖和栽培来改进水果品种。然而，现代果树品种改良的历史可以追溯到19世纪末和20世纪初，当时农业科学家开始运用遗传学原理和繁育技术来改良果树。随着时间的推移，果树品种改良取得了显著的进展。选择育种方法逐渐转向了基于遗传学的方法，这为果树的遗传改良打开了全新的可能性。克隆技术、染色体工程、细胞培养等技术的引入，使得果树的品种改良变得更加精确和可控。同时，全球果树种质资源的收集和保护也得到了更好的关注，以维持遗传多样性。

2、基因编辑、分子标记、无性繁殖等技术的演进

近年来，果树品种改良领域的最显著进展之一是基因编辑技术的崛起。CRISPR-Cas9等工具的出现为果树的遗传改良提供了前所未有的精确性和效率。这些技术使研究人员能够直接编辑果树的基因，以增强其抗病虫性、适应性和品质。例如，通过编辑特定基因，科学家们已经成功培育出抗病虫害的苹果品种和更耐旱的樱桃品种。分子标记技术也在果树品种改良中发挥着关键作用。通过分析果树的遗传标记，研究人员能够确定与特定性状相关的基因，从而加速选择育种过程。这种方法可以用于提高果树的产量、抗病虫性和品质。同时，无性繁殖技术，如接穗和组织培养，已经在果树种苗生产中广泛应用，以确保遗传一致性和扩大良种数量。

3、基于技术的果树品种改良成功案例

多个国际性的果树品种改良项目已经在基因编辑、分子标记和无性繁殖技术的应用方面取得了显著的成果。举例来说，我国在柑橘果树品种改良领域取得了重大突破，通过基因编辑成功开发出了耐病性更强的柑橘品种，这在柑橘产业中具有重要意义。外国的苹果品种改良项目也利用分子标记技术成功培育出了抗病虫害的苹果品种，大大降低了农药的使用量，提高了农产品质量。无性繁殖技术在葡萄栽培中得到广泛应用，确保了良种的一致性和可持续供应。

二、基因编辑技术在果树改良中的应用

1、CRISPR-Cas9和其他基因编辑工具的原理和應用

基因编辑技术是一种精确修改生物体遗传信息的方法，其中CRISPR-Cas9是最广泛应用的工具之一。CRISPR-Cas9系统包括CRISPR序列和Cas9蛋白质，能够靶向特定基因序列，引发DNA修复机制的改变。在果树品种改良中，这项技术可用于：①抗病虫性增强。通过编辑果树基因，增强其对常见病虫害的抵抗力，减少农药使用，降低生产成本。②生长调控。改变果树生长和发育的基因，以提高产量、缩短生长周期或适应新的环境条件。③品质改进。优化果树果实的口感、风味、颜色和贮存特性，提高果品的市场竞争力。

2、基因编辑用于提高果树抗病虫性的案例研究

基因编辑技术在提高果树抗病虫性方面在我国也取得了显著的进展。以我国苹果产业为例，苹果树常常受到火锈病的严重侵害，这给果农带来了严重的经济损失。近年来，我国的科学家们利用基因编辑技术，特别是CRISPR-Cas9，成功编辑了苹果树的基因，增强了其对火锈病的抵抗力。这一重要的突破有望减少农药的使用，提高苹果产业的可持续发展，同时也改善了农民的经济状况。这个案例展示了基因编辑技术在我国果树抗病虫性改良中的潜力，为未来农业生产提供了重要的技术支持。

3、基因编辑用于提高果树品质和产量的案例研究

基因编辑还在改善果树品质和增加产量方面展现了潜力。在苹果品种改良中，科学家们利用基因编辑技术，成功降低了一个与果实的发育周期相关的基因表达水平。结果，苹果树的果实成熟更快，产量增加，而且品质保持稳定。一些案例研究还展示了如何通过基因编辑来提高果树的品质，例如改进葡萄的味道、提高草莓的抗软化性等。这些案例突显了基因编辑技术在果树品种改良中的多样性和潜力，有望满足市场需求和提高果农的经济效益。基因编辑技术已经在果树改良中取得了重大成功，为果树抗病虫性、品质和产量的改善提供了新的方法。这一领域的不断发展将进一步推动果树品种改良，以适应不断变化的农业和市场需求。

三、分子标记辅助果树选育

1、分子标记的原理和类型

分子标记是一种在果树品种改良中广泛应用的技术，它通过分析生物体的DNA或RNA来识别遗传特征。这些标记基于遗传变异在基因组中的存在，通过检测特定DNA序列的差异来区分不同个体或品种。在果树品种改良领域，常见的分子标记包括RFLP（限制性片段长度多态性），它基于DNA片段的长度变异，通过酶切和电泳分析来检测不同基因型之间的差异。另一种常见的标记是SSR（简单序列重复），它基于DNA序列中的短重复单元，通过PCR扩增和电泳分析来检测不同基因型。此外，还有SNP（单核苷酸多态性）标记，它基于单个核苷酸的变异，通常通过DNA测序或基因芯片来检测。这些不同类型的分子标记具有不同的分辨率和适用范围，研究人员可以根据具体的研究需求选择合适的标记方法，以帮助改良果树品种并提高其性状。

2、分子标记在果树遗传多样性分析中的应用

分子标记在果树遗传多样性研究中发挥着重要作用。通过分析果树品种或种质资源中的分子标记，研究人员可以评估不同品种之间的遗传差异和亲缘关系。这有助于保护和利用遗传多样性，确保果树种质资源的可持续性。此外，分子标记还可用于构建遗传图谱和种质资源库，为果树品种改良提供重要的基础信息。

3、分子标记辅助选择用于果树抗性和品质的优良基因

分子标记辅助选择是一种将分子标记与目标性状关联起来，以帮助选育者快速选择出理想基因型的方法。在果树选育中，这意味着研究人员可以利用已知的分子标记性状关联来预测新个体的性状，从而节省时间和资源。例如，如果已知某个分子标记与果树的抗病虫性相关，选育者可以在早期生长阶段对果树进行分子标记筛选，以选择具有抗性的个体，加速育种进程。分子标记辅助选择也可以用于提高果树的品质。研究人员可以通过分析分子标记与风味、色泽、营养价值等性状之间的关联来选育出更具吸引力和市场竞争力的品种。分子标记辅助果树选育是一种强大的工具，能够帮助选育者更精确地选择出具有优异性状的果树品种。它不仅有助于提高选育效率，还可以保护和利用果树的遗传多样性，为果树品种改良注入了新的动力。

四、无性繁殖技术与果树种苗繁育

1、无性繁殖技术的种类和原理

无性繁殖是一种在果树种苗繁育中广泛应用的方法，它通过将植物的组织或器官（如枝条、叶片、根茎）分离并培养成新的植株，而无需依赖种子的生殖过程。在果树繁殖领域，常见的无性繁殖方法包括接穗繁殖、分根繁殖和叶片插穗繁殖。接穗繁殖是一种将一种植物的枝条（称为接穗）嫁接到另一种植物的根系（称为砧木）上的方法，以促使它们愈合并形成新的植株。这种方法可以保留母株的遗传特性，非常适合于果树的有选择性育种。另一种，分根繁殖则通过将植物的根茎或块茎分成多个部分并分别种植，以产生新的植株。这种方法适用于一些块茎或根系特别发达的果树品种。最后，叶片插穗繁殖是一种通过将植物的叶片切割成小片并埋植到土壤中，让它们生成新植株的方法。尽管通常用于多肉植物，但在某些果树的繁殖中也可以采用这种方法。这些无性繁殖方法为果树繁育提供了多样化的选择，使育种者能够更好地满足市场需求和种苗生产的要求。

2、无性繁殖用于果树种苗生产的最佳实践

无性繁殖在果树种苗繁育中扮演着关键的角色，为了获得最佳的繁殖效果，有一系列的实践需要遵循。首先，选择健康、无病虫害的母株是至关重要的，因为这将直接影响到新植株的质量。其次，采集接穗或其他繁殖材料的时机应当合适，通常在植物的生长季节进行以确保最佳的生长条件。选择合适的砧木品种也是必要的，以确保愈合成功并且新植株能够健康成长。同时，为了促进生根和愈合，提供适宜的湿度、温度和光照条件也是不可忽视的。最后，定期管理新植株的生长，包括及时修剪和植株健康管理，有助于确保它们的生长和发育在最佳状态下进行，从而获得高质量的果树种苗。这些最佳实践的遵循对于果树种苗繁育的成功至关重要。

3、种苗繁育技术对果树抗病虫性和生长特性的影响

无性繁殖技术在果树种苗繁育中扮演着至关重要的角色，不仅能够传递母株的遗传特性，还对新植株的抗病虫性和生长特性产生明显影响。具体而言，无性繁殖能够保留母株的遗传特性，包括抗病虫性、品质和产量等关键性状，这有助于传承和保护珍贵的果树品种，确保它们得以延续。此外，与传统的种子繁殖相比，无性繁殖减少了遗传变异的程度，因此新植株更有可能保持母株的性状和抗性，提高了品种的一致性和稳定性。另外，由于新植株通常是以成熟的植物组织开始生长，无性繁殖也能够带来更快速的生长过程，加速了种苗的产出和果树的生长周期。综合而言，无性繁殖技術为果树种苗繁育提供了高效的方法，既传承了重要遗传特性，又保持了一致性和质量，从而在果树农业中具有重要价值。

五、新兴技术的前景

果树品种改良的新兴技术和未来趋势呈现出广阔的前景。基因组学将在果树品种改良中扮演关键角色，包括精确的基因编辑，全基因组测序以及功能基因组学的发展，这将带来更高效、更精确的育种方式。表观遗传学的研究也具有潜力，它将帮助我们了解果树基因的可塑性，从而调控生长、开花、果实成熟等关键性状，适应不断变化的环境条件。可持续果树品种改良的发展趋势将着重于抗病虫性、适应性和抗旱性的培育，以减少农药使用、适应气候变化、提高生产效率、并减轻环境影响。此外，提高果树品质、口感、风味、颜色和贮存特性将成为市场需求的关键点。果树品种改良技术的应用也涉及一系列社会和伦理问题。生态和环境影响需要进行风险评估和监测，以确保不会对生态系统产生不利影响。遗传资源保护是另一个重要方面，需要平衡新品种的开发和保护传统地方品种的遗传资源。伦理问题涉及植物遗传改良的道德考量，需要综合考虑食品安全、生态可持续性和社会接受度等因素。果树品种改良领域充满了希望和挑战，未来的发展需要综合考虑科学、环境、社会和伦理因素，以确保这些新兴技术在可持续框架下实现其潜力，为果树农业的未来发展作出有益的贡献。

六、遗传变异与遗传多样性研究

遗传变异分析方法在果树品种改良中发挥着关键作用。分子标记技术，如SNP、SSR和RFLP等，用于分析不同果树品种或个体之间的DNA序列差异，有助于构建遗传图谱和精确遗传改良。遗传连锁图谱通过分析遗传连锁关系来确定基因在染色体上的位置，提供了精确遗传改良的信息。同时，基因组测序技术能够识别果树基因组中的单核苷酸变异。评估遗传多样性的方法包括分子标记分析、遗传距离和相似性分析以及多样性指数的计算。利用遗传多样性有助于种质资源管理、育种选择和种子种苗生产，提高了果树的抗病虫性、适应性和品质。因此，了解和利用遗传多样性对于果树品种改良至关重要。

果树品种改良是农业领域的关键议题，旨在培育更健康、高产、抗病虫、品质优良的果树品种。在这个领域，基因编辑技术如CRISPR-Cas9等已经发挥关键作用，可以精确地修改果树基因，提高抗病虫性和品质。分子标记技术用于评估遗传多样性、构建遗传图谱，并帮助选育者选择具有优异性状的果树品种。无性繁殖技术通过分离和培育植物组织来快速繁殖果树，是保护和传承遗传多样性的关键技术。了解果树品种和种质资源的遗传多样性对于可持续果树品种改良至关重要，它有助于培育适应性更强的品种。未来的趋势包括基因组学和表观遗传学等新兴技术的应用，以及对抗病虫性、适应性和品质的注重。同时，社会和伦理问题也需要被认真考虑，以确保这些技术的可持续应用。在面对全球食品安全和气候挑战时，果树品种改良有望为农业生产提供更多的解决方案，实现更可持续、高效和多样化的果树农业。

（作者单位：274500山东省东明县陆圈镇人民政府）