王 騫，楊廷楨，高敬東，蔡華成，杜學(xué)梅，李春燕，王淑婷

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所，山西 太原 030031)

蘋果是薔薇科蘋果亞科蘋果屬植物。據(jù)文字記載，中國綿蘋果已有1 600多年的栽培歷史，多采用小果型樹種做基砧進行無性繁殖。到19世紀(jì)西洋蘋果引進后，砧木種類增多，但矮砧采用中間砧方式利用，基砧多以當(dāng)?shù)靥O果屬小果型樹種為主。20世紀(jì)上半葉應(yīng)用最多的是山荊子、楸子和西府海棠，其次是八棱海棠、湖北海棠、新疆野蘋果和花紅。不同砧木對果樹的生長量、開始結(jié)果樹齡、坐果率、產(chǎn)量、果實成熟期、色澤、品質(zhì)以及貯藏能力等都有一定影響[1-2]。砧木資源的收集利用是砧木選育的重要基礎(chǔ)，據(jù)李育農(nóng)[3]等(1989)報道，世界上已定名的蘋果屬植物多達60種，被世界公認的36個種中，原產(chǎn)于我國的就有24個種，其中包括100多個變異類型。在這些不同的種及其類型中，蘊藏著豐富的具有利用及潛在利用價值的蘋果砧木資源，其中有些已作為蘋果砧木被直接應(yīng)用于生產(chǎn)，而眾多具有獨特性狀的種或類型則是蘋果砧木育種的寶貴種質(zhì)材料。目前，我國蘋果產(chǎn)區(qū)應(yīng)用的蘋果砧木品種或類型近40種，其中常用的不超過10種[4]。

1 調(diào)查收集和保存

山西省是我國北方果樹的主要生產(chǎn)基地，也是我國落葉果樹的原產(chǎn)中心之一，目前已發(fā)現(xiàn)的蘋果屬植物有13個種1個變型，主要分布于中條山區(qū)、太岳山區(qū)、太行山區(qū)和呂梁山區(qū)。史料記載，山西山定子、海棠、沙果等樹種至少也有2 000多年的歷史，古代文獻如《齊民要術(shù)》《學(xué)圃余疏》《本草綱目》《群芳譜》中有關(guān)林檎、來禽、里琴、文林郎果的記述，均指沙果。新中國成立以后，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所在野生果樹資源普查(1956-1957年、1979-1983年)的基礎(chǔ)上，收集保存11種蘋果砧木，同時引入英國的M系、MM系、丹麥的龍茲道生、塞威士蘋果、波蘭的P系等資源，開展蘋果砧木比較試驗。在山西省園藝學(xué)會組織編寫的《山西果樹志》中，對山西14種蘋果屬果樹種類有較為詳盡的描述，其中有10種為蘋果砧木，6種為山西省主要蘋果砧木，3種具有矮化效果。《山西野生果樹》中詳細記載了河南海棠、楸子、湖北海棠、西府海棠、山定子、毛山定子6個野生種的分布、用途和物候期，其用途主要是作蘋果砧木[1-4]。

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所資源圃現(xiàn)保存蘋果砧木種質(zhì)資源191份，利用優(yōu)特珍稀種質(zhì)資源構(gòu)建蘋果砧木分離群體，累計獲得雜交苗15 194株，創(chuàng)制了無M系遺傳背景的矮化、早花早果、抗逆性強等蘋果砧木新種質(zhì)145份。

2015-2020年全國第3次農(nóng)作物種質(zhì)資源普查中發(fā)現(xiàn)，隨著城市擴張和人類經(jīng)濟活動的擴大，野生種質(zhì)資源生境遭到大面積破壞，部分種質(zhì)已經(jīng)消失或瀕臨消亡，因此，加強砧木種質(zhì)資源的調(diào)查和收集保存工作，加快特異資源的篩選具有現(xiàn)實的緊迫意義。

2 評價

蘋果砧木種質(zhì)資源是生產(chǎn)上直接利用、品種選育、種質(zhì)創(chuàng)新和生物技術(shù)研究的物質(zhì)基礎(chǔ)[5]。上世紀(jì)90年代蒲富慎制定了蘋果、梨等18種果樹種質(zhì)資源描述符，對蘋果屬種質(zhì)資源工作的評價起到了重要作用[6]，隨著研究的深入和資源共享利用的需求，種質(zhì)資源描述和鑒定評價方法有待進一步完善。2005年王昆等編寫的《蘋果種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》在原有資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究實際需求，規(guī)定了蘋果種質(zhì)資源描述符126項，包括基本信息、形態(tài)特征和生物學(xué)特性、品質(zhì)特性、矮化性、抗逆性、抗病蟲性和其他8個方面。進一步規(guī)范了蘋果種質(zhì)資源描述和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，抗性鑒定內(nèi)容和程序，基本形成了完整的表型農(nóng)藝性狀鑒定評價技術(shù)體系[7]。

2.1 表型農(nóng)藝性狀的鑒定評價

目前，根據(jù)《蘋果種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所已對66份蘋果砧木種質(zhì)資源30項共性數(shù)據(jù)和16項個性數(shù)據(jù)進行了編目，篩選出致矮、早果、抗逆的Y系優(yōu)系和一批具有早花、大果、紅肉、抗逆和觀賞價值的優(yōu)特異種質(zhì)資源。金萬梅等對山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所、北京市林業(yè)果樹研究所和北京市昌平果樹研究所保存的28份SH系蘋果砧木進行SSR鑒定，結(jié)果表明不同保存地的SH砧木存在嚴(yán)重的同物異名、同名異物現(xiàn)象[8]。楊廷楨等在此基礎(chǔ)上，收集整理了國內(nèi)6個單位的SH砧木資源，審定砧木新品種SH1[9]，通過對30余份特異資源觀賞性狀、果實性狀等進行評價，篩選出碩果海棠、紅滿堂兩個觀賞品種[10-11]。王雷宏[12-13]、王騫[14]等對山西省山定子不同分布群體的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，群體間及群體內(nèi)表型多樣性豐富，在葉片大小、葉片形狀、葉緣鋸齒、葉基形狀、托葉形狀、節(jié)間距離、枝條皮色及果實顏色、果實形狀、果實大小、果柄長短等方面均存在明顯的差異。王騫等[15]對200株八棱海棠自然實生植株的19個表型性狀的研究表明，八棱海棠自然實生后代各表型性狀均分離明顯，果實性狀的分離最大，且不同表型性狀間存在一定的相關(guān)性。楊廷楨等[16]對蘋果矮砧Y-B094雜交F1代進行品種嫁接,調(diào)查分析了嫁接植株10個指標(biāo)的分離變異特征及其相關(guān)性,并對嫁接植株群體進行了分類，結(jié)果表明蘋果矮化砧木Y-B094雜交F1代在調(diào)查的10個性狀上均存在著很大的良種選擇潛力，株高屬于數(shù)量遺傳，其他性狀均屬于質(zhì)量遺傳，株高與主枝上的頂花芽個數(shù)呈極顯著負相關(guān)，與主枝上的頂花芽形成的果實個數(shù)相關(guān)性不顯著，與其他性狀均呈顯著或極顯著正相關(guān)。近年來，隨著儀器設(shè)備的完善，種質(zhì)資源倍性鑒定等試驗的開展，對蘋果砧木的育種研究提供了重要的參考。

2.2 砧木致矮、早果、抗逆性狀的鑒定評價

致矮、早果、抗逆性狀是蘋果矮砧選育的重要目標(biāo)性狀。楊廷楨等[17]以中國原生的種質(zhì)資源野生晉西北山定子為試材,通過田間觀察和綜合評價,以其實生苗為自根砧嫁接蘋果品種,以早花、早果為篩選指標(biāo)進行初選,以連續(xù)開花和結(jié)果性能、耐旱性、抗寒性、接穗品種果實品質(zhì)為主次順序篩選指標(biāo),進一步逐級篩選,進行復(fù)選,以八棱海棠為自根砧,復(fù)選出的植株自根砧萌蘗苗為中間砧嫁接蘋果品種,以矮化性、植株生長勢、連續(xù)開花和結(jié)果性能、耐旱性、抗寒性、接穗品種果實品質(zhì)為主次順序篩選指標(biāo)逐級篩選,進行決選。結(jié)果表明,以初選出的砧木群體(定名為Y系)作為自根砧的嫁接植株,早花早果特性和連續(xù)開花結(jié)果能力極為突出，矮化性狀明顯，抗寒、抗旱性較強，以決選出的4個優(yōu)系為中間砧的嫁接植株，除具有Y系嫁接植株基本特性外，果實品質(zhì)較好。Y系是具有較強的矮化、開花結(jié)果、抗寒、抗旱性能的蘋果砧木群體，具有很大的蘋果矮化砧木選育潛力，4個優(yōu)系的矮化、開花結(jié)果、耐旱、抗寒性能較強，其中，Y-1(原名Y-B030)為矮化砧木[18]，Y-2(原名Y-B094)為極矮化砧木[19]，Y-3(原名Y-B007)為半矮化砧木[20]，均已通過區(qū)試及品種審定。楊廷楨等[21-22]通過M26、SH1和Y系5個中間砧嫁接‘長富2號’葉片、新梢解剖結(jié)構(gòu)的比較，發(fā)現(xiàn)不同中間砧嫁接‘長富2號’葉片的上表皮厚、下表皮厚、柵欄組織厚、海綿組織厚、柵海比、葉厚等指標(biāo)均存在差異，柵欄組織厚度與矮化性成正相關(guān)，不同中間砧嫁接‘長富2號’新梢的橫截面直徑、皮層厚度、韌皮部厚度、木質(zhì)部厚度、木質(zhì)部厚度/韌皮部厚度、髓部直徑等指標(biāo)也具有差異，5種供試砧木嫁接品種的木質(zhì)部厚度/韌皮部厚度的比值與其致矮能力成正相關(guān)。李春燕等[23]對Y系、M系蘋果砧木嫁接品種1年生枝的組織解剖結(jié)構(gòu)分析表明，不同蘋果砧木1年生枝髓部半徑、近皮部導(dǎo)管密度、韌皮部厚度/枝條半徑、近皮部導(dǎo)管面積/篩管面積、中部導(dǎo)管面積/篩管面積、近髓部導(dǎo)管面積/篩管面積、導(dǎo)管平均面積/篩管面積、周皮厚度、皮層厚度、髓部半徑等表現(xiàn)不同，認為M系蘋果矮化砧木致矮的關(guān)鍵部位可能是韌皮部(主要是篩管)，Y系蘋果矮化砧木致矮關(guān)鍵部位可能是木質(zhì)部(主要是導(dǎo)管)，兩種砧木的致矮機理可能不同，具體有待進一步分析研究。

2.3 功能性營養(yǎng)成分鑒定分析

蘋果富含多種功能性營養(yǎng)成分，不同砧木對嫁接品種的營養(yǎng)成分、功能成分積累的影響差異較大。董媛等[24]比較了SH1和Y-1兩種中間砧對‘長富2號’蘋果樹體營養(yǎng)生長的影響，結(jié)果表明Y-1矮化中間砧蘋果樹新梢長度極顯著低于SH1，短枝率(64.43%)顯著高于SH1，長枝比例顯著低于SH1，秋梢節(jié)間長度顯著短于SH1，葉片厚度、比葉重和類胡蘿卜素高于SH1，表明Y-1矮化中間砧更有利于長富蘋果樹體矮化和營養(yǎng)物質(zhì)的積累。吳乾等[25]對‘紅滿堂’‘紅色之愛’‘紅富士’的成熟果實果皮、果肉中的總酚、總黃酮、總花青素含量以及DPPH自由基清除能力、鐵離子還原能力(FRAP)、ABTS+·自由基清除能力進行測定，結(jié)果表明‘紅滿堂’‘紅色之愛’果實中總酚、總黃酮、總花青素含量及其抗氧化性均極顯著高于‘紅富士’對照，且‘紅滿堂’極顯著高于‘紅色之愛’，各品種果皮中總酚、總黃酮、總花青素含量及其抗氧化性均顯著高于果肉，酚類物質(zhì)含量與抗氧化能力之間存在顯著相關(guān)性?！t滿堂’果實具有高的酚類物質(zhì)含量與抗氧化能力，可以作為高類黃酮加工型品種進行開發(fā)利用。

3 育種和栽培利用

3.1 新品種選育研究

蘋果砧木野生種質(zhì)資源的發(fā)掘、整理對我省蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作用巨大。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所蘋果矮化砧木選育研究從上世紀(jì)50年代開始，70、80年代先后從自然實生的武鄉(xiāng)海棠中選育出了優(yōu)良的S系蘋果矮化砧木，利用國光品種與河南海棠進行種間雜交育成SH系砧木，以甜黃魁、歷山王、金冠、國光等品種為母本，與M9、M7雜交育成J系砧木[26]。2000年后，采用大群體實生選育技術(shù)，選育出了早花性狀突出、抗逆性強、矮化效果明顯、綜合經(jīng)濟性狀優(yōu)良的蘋果砧木優(yōu)系—Y系，其中性狀較為突出的‘Y-1’于2012年通過了山西省農(nóng)作物品種審定委員會的審定，‘Y-2’‘Y-3’于2014年通過了山西省林木品種審定委員會的審定。多年區(qū)試表明，與M系及具有M系遺傳基因的砧木相比，SH系、Y系砧木對高肥水條件的要求低，環(huán)境適應(yīng)性強，固地性好，不需要支架栽培，能夠大幅降低建園成本的同時，果實可溶性固形物含量較喬砧對照提高1～2個百分點，是我國黃土高原及西北蘋果主產(chǎn)區(qū)蘋果矮砧集約栽培的首選砧木。同時，充分挖掘利用現(xiàn)有資源，從晉西北野生山定子實生苗中選育的花果兼賞、觀食兼用新品種‘碩果海棠’，以‘舞美’ב山定子’雜交后代中選育而成的紅肉新品種‘紅滿堂’，不僅可供觀賞，還可作為果園專用授粉樹使用，滿足了市場多樣化的需求[10-11]。

3.2 栽培模式的變化

矮砧密植栽培是世界蘋果栽培發(fā)展的趨勢。發(fā)展矮砧果園不僅要選擇適宜的矮化砧木，更要有配套的栽培技術(shù)。蔡華成等[27]為探究‘Y-1’矮砧‘富士’最佳栽植密度模式，比較不同矮砧組合在不同栽植密度下的樹體生長量、枝類構(gòu)成、日平均光合速率、冠下和株間的光合間接輻射、光合直接輻射、葉面積指數(shù)、果實品質(zhì)等因素，認為1 m×4 m為‘Y-1’矮砧‘富士’的適宜栽植密度。蔡華成等[28]對‘Y-1’矮化中間砧‘長富2號’不同中心干留枝數(shù)量的試驗表明，隨著留枝量增加，‘Y-1’矮砧‘富士’樹體的樹高、干徑相應(yīng)增大，但不同處理對樹高、干徑、冠徑、新梢長度和粗度的影響差異不顯著，而樹體光合有效輻射、葉面積指數(shù)、果實單果重、可溶性固形物含量、硬度等差異顯著。綜合考慮樹體生長勢、光能利用率、果實產(chǎn)量和品質(zhì)、實際操作等因素，生產(chǎn)上‘Y-1’矮砧‘富士’高紡錘形樹體的適宜留枝數(shù)量為35。高敬東等[29]對不同栽植密度的長富2號/SH1/八棱海棠蘋果樹體生長、果實品質(zhì)、產(chǎn)量等進行比較，認為行株距4.0 m×2.0 m的667 m2產(chǎn)量和經(jīng)濟效益最高。蔡華成等[30]以4年生‘SH1’矮砧‘富士’為試材，分別進行70°、90°、120°3種拉枝角度的處理，結(jié)果表明：不同拉枝處理葉片光合速率、葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量最高，葉片厚度、百葉重差異顯著，冠下光合間接輻射、枝類組成、果實單果重、果形指數(shù)、可溶性固形物含量、硬度等均有較大差異，認為90°為‘SH1’矮砧‘富士’枝條適宜的拉枝角度。同時也為‘SH1’矮砧‘富士’幼樹樹形管理提供了科學(xué)依據(jù)。

4 存在問題和發(fā)展建議

4.1 存在問題

山西橫跨6個緯度，海拔180 ～3 061.1 m，境內(nèi)地貌類型復(fù)雜多樣，植物資源豐富。近年來，隨著人類經(jīng)濟建設(shè)等活動的擴張，一些蘋果屬野生種、近緣種生境遭到破壞，生物群落和生物多樣性逐漸消失，同時，一些珍貴的地方品種及古老的品種因經(jīng)濟效益差不被人重視，有滅絕之虞。由于保存能力有限，只有少量種質(zhì)資源能夠入圃保存。現(xiàn)有的種質(zhì)收集保存機制和種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定評價技術(shù)難以滿足科研生產(chǎn)需要，而具有重要育種和栽培利用價值的優(yōu)異資源隨時可能消失，極大的限制了種質(zhì)資源的高效利用。此外，缺少聯(lián)合工作機制，利用分子、基因育種等現(xiàn)代技術(shù)進行種質(zhì)評價、創(chuàng)新水平低，由于種質(zhì)超低溫保存、實驗室保存等技術(shù)發(fā)展緩慢，也限制了我省蘋果砧木種質(zhì)資源的收集保存工作，且有待進一步加強。

4.2 發(fā)展建議

4.2.1 加強野生種質(zhì)資源調(diào)查收集，加強前瞻性基礎(chǔ)科學(xué)研究的力度

在我省的蘋果種質(zhì)資源研究工作中應(yīng)特別加強種質(zhì)資源搜集保存、種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)和種質(zhì)資源起源演化過程、種質(zhì)資源創(chuàng)新與遺傳多樣性、主要性狀遺傳與基因表達等方面的研究工作。在研究中要關(guān)注行業(yè)科研動態(tài)和科學(xué)熱點問題，尋找新的突破口，使我省的蘋果種質(zhì)資源研究工作進入國內(nèi)甚至國際領(lǐng)先行列，也為山西蘋果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

4.2.2 加強資源評價體系建設(shè)，加快種質(zhì)資源優(yōu)異基因深入鑒定挖掘

開展山西省蘋果種質(zhì)資源的深度研究，針對蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題，開展跟蹤性、前沿性和儲備性研究。蘋果砧木種質(zhì)資源優(yōu)異基因挖掘的研究非常必要，加強現(xiàn)代化信息技術(shù)的應(yīng)用，科研院所與地方相關(guān)部門高效對接，創(chuàng)新優(yōu)特異種質(zhì)資源信息收集保存聯(lián)合機制，加快砧木種質(zhì)資源致矮、早花、抗逆等性狀常規(guī)、分子、基因水平的鑒定評價體系建設(shè)和相關(guān)機理研究，深入挖掘育種新材料，創(chuàng)新育種方法、途徑，篩選優(yōu)特異性狀的關(guān)聯(lián)基因，開展矮化砧木生產(chǎn)效能評價研究，推動我省蘋果砧木種質(zhì)資源優(yōu)特異性狀的檢測和育種早期鑒定體系的建立。