怎样抗病育种?
针对果树产区的主要病害,研究寄主的遗传变异,创造、培育优质高抗新品种的一门科学技术,果树由于连年固定在一个园地内种植,生育期又长,特别容易感染病害。利用化学防治,不仅要耗费很多的劳力和金钱,而且还会造成食品和环境的污染。因此,培育抗病的果树新品种显得十分重要。
发展简史
果树抗病育种研究约有100余年的历史。19世纪中叶,美国开始了西洋梨抗火疫病(Erwi-nia amylovora)育种。当时从中国引进沙梨进行种间杂交,育成康德、贵妃和嘉宝等品种,虽然品质不够好,但比西洋梨品种抗病。这些品种栽培不久,美国就开始了抗病、优质的梨育种工作。与此同时,包括苹果黑星病(Venturia inaequalis)在内的其它果树主要病害的抗性育种也陆续分别开始。到20世纪50年代以后,抗病育种的对象已有苹果、梨、桃、葡萄、核挑、栗、榛、醋栗、草莓、柑橘等10余种果树30余种病害。其中研究时间长,收效显著的要数苹果黑星病和梨火疫病抗性育种。中国的果树抗病育种是在20世纪70年代末,中国农业科学院果树研究所才正式开始梨的抗黑星病育种。
育种途径
通过引种,实生选种、芽变选种、辐射育种等方法虽然也可获得抗病品种,但目前集中研究的还是杂交育种。通过杂交育种可以把不抗病品种的优良品质与抗病品种的抗性结合起来,为世界各国所重视。经育成的抗病品种和砧木,除抗苹果黑星病的Prima和Pricilla(美国)外,主要有抗梨火疫病的格鲁摩苏、月光、曙光(美国),斯塔尔(Star)(英国),抗梨黑星病的新世纪(日本),抗樱桃小果病的Salmo(加拿大)、抗栗病的Clapper(美国)以及柑橘砧木耐疫菌的Sampson橘柚和枳壳杂种Troyer和Carrio枳橙(美国)。由于育成一个理想的抗病果树新品种,往往需要好几个育种世代,甚至可延续几十年以至上百年,因此要求制定一个长远的、精密的计划。育种家必须具有熟悉和鉴别所从事病害的能力,最好与病理学家通力合作,以便加快育种进程。在抗病育种中,还必须注意:
种质资源的利用
在栽培品种中,特别是在野生种的类型中存在有各种抗性基因源。充分研究和利用这些抗病基因源,是育成抗病品种的重要前提,因而育种家非常重视抗性遗传材料的获得和利用,除向国家种质库、地方品种资源圃以及树木园、植物园收集外,还通过野外观察去发掘抗病的种和类型。与此同时,育种家也经常从已有的文献和其它果树育种计划获得信息,通过各种途径,努力收集需要的抗病材料。
亲本选择
根据寄主和病源基因型的相互作用,确定抗性遗传方式。果树的抗病性可分为垂直抗性和水平抗性。垂直抗性被认为是对特异生理小种的抗性。垂直抗病性的遗传往往是单基因或少数主基因决定的简单遗传。水平抗性尽管对一系列病原小种的表现强弱不同,但对不同小种不存在特异的抵抗力,大多由微效多基因控制,呈数量性状遗传。明确了上述抗性遗传方式后,再根据遗传力测算及一般的和特殊的配合力测算选择出在抗病性状上,具有高度遗传力和一般配合力的材料作亲本。选择亲本时,除抗病性外,还必须考虑多种园艺性状。往往理想的园艺性状与感病性呈相关或连锁遗传。例如,沙梨、杜梨和秋子梨对火疫病抗性常常与缺乏香味、石细胞多、果形小等不良性状相联系,为了克服其缺点,常需回交好几代。为了确定所用亲本的基因型,需要选配抗病×抗病、抗病×感病、感病×感病的各种组合。为了解释后代抗病性和感病性的遗传模式,还必须进行回交和测交。
莱恩(Layne)等在进行梨抗火疫病育种时,采用简单的种内杂交和杂间杂交有:c×c,c×p、c×u。复杂的种间杂交有:(c×p)×(c×p)和(u×c)×(c×p)。种间回交(u×c)×c和(p×c)×c。改良式回交有:c×〔c×(c×p)〕和(p×c)×c×(c×p)等杂交组合方式。特别是改良回交,不仅可以防止出现类似自交衰退现象,而且叮以通过改换轮回亲本、不断给杂种增加新的优良性状。抗病性在不同种间差异很大,因此常常采用种间杂交方法。葡萄抗病育种中,主要采用欧洲种与美洲种之间杂交,育成很多适于多雨地区栽培的抗病的种间杂种。
杂种后代筛选
包括抗性筛选和园艺性状筛选。①抗性筛选,必须利用温室条件在分离群体生长1~2年内尽快完成。大规模筛选有两个要求:一是必须有大量的接种物,为此,必须在实验室内,将从许多地区收集的不同生理小种、带有剧毒的菌株,置于经过普通筛选的混合液中培养;对于已知的生理小种,也可用单一的培养液来培养。另一是必须采用混合接种法,在同时或在短期内分批接种于大量的植株。其方法是:用干孢子、干菌丝(或加有填充剂)喷粉;用高压或低压喷雾器和高压空气压缩机喷射液态的孢子和细菌悬浮液;或在擦伤、切伤或戳伤的伤口上插入病组织或经培养的接种物。对土壤有机物的接种方法是将地下组织弄伤,再将实生苗种植或移植在受侵染的土壤基质中,或将根系浸于孢子悬浮液中。在永久性栽植的场合进行田间筛选可以代替温室鉴定。但是在田间筛选时,一定要作好继续供应接种物的准备。一个最普通的方法就是将具有高度感病的植物作为指示植物。这些指示植物要有充足的数量,设置在可使供试的任何实生单系、都处于离侵染源预先规定的距离内。感病的指示植物能测算出存在的接种物数量,指示出季节条件变动的影响,从而增进观察结果的可靠性。在田间筛选中,单株的感病程度通常用感病指数表示;感病指数的公式是:
②园艺性状筛选,在抗性筛选几年以后进行,主要依靠常规鉴定方法,对单株的一系列园艺性状如果实大小、形状、色泽、肉质、风味、香气、早实性、丰产性及适应性进行逐项观察记载,最后决选出综合性状良好,兼能抗病的新品种,经品种委员会审定后,始可繁殖推广。
多年来,大白菜病害发生日趋严重,对生产造成巨大危害。日本是开展大白菜抗病育种较早的国家,致力于根肿病(Plasmodiophora brassicae)、病毒病〔TuMV(芜菁花叶病毒)等〕、霜霉病(Peronospora psitica)等病害的抗病育种工作,并相继育成了抗多种病害的一代杂种。中国早在20世纪70年代初,一些科研单位就已开始着手于大白菜抗病育种工作,但进展比较缓慢。1983年国家科委和农业部组织了10个科研单位和院校,成立了“白菜抗病新品种选育协作攻关组”,经过十几年的研究,使中国大白菜抗病育种得到了很大的发展。
据中国农业科学院蔬菜花卉研究所《蔬菜优良种质资源评价和利用数据库》资料,中国农业科学院蔬菜花卉研究所等单位在1986—2000年期间分别对大白菜芜菁花叶病毒(TuMV)、霜霉病、黑腐病(Xanthomonas campestris pv.campestris)的抗病性进行了鉴定,被鉴定的1062份大白菜,对TuMV相对抗病指数RRI>2.05的优良种质有15份,占鉴定总份数的1.4%;鉴定1062份大白菜,对大白菜霜霉病相对抗病指数RRI>1.2的优良种质有176份,占鉴定总份数的16.6%;鉴定1002份大白菜,对黑腐病达到抗病的病情指数DI的优良种质有100份,占鉴定总份数的22.7%。在1983—1995年期间(“六五”至“九五”)国家白菜育种攻关专题组,从3000多份(包括育种高代材料)大白菜种质资源中筛选出28个抗病品种,其中高抗TuMV有8个,已在育种中广泛应用。
与此同时,还育成并推广了一批抗病力强、经济性状优良的大白菜新品种,如由北京市农林科学院蔬菜研究中心育成的北京小杂56和陕西省蔬菜研究所育成的秦白2号等良种。
此外,利用生物技术进行抗性育种也取得了进展。如目前已获得导入了抗虫基因或抗病基因(多菌肽)的大白菜转基因植株等。
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