仁果类果树资源育种研究进展Ⅰ:我国梨种质资源、品质发育及遗传育种研究进展

梨是我国落叶果树的第二大树种。近几年来,在梨种质资源评价挖掘、性状遗传发育机理以及特色多样化品种培育等方面取得了诸多重要进展,主要研究结果如下:(1)中国原产的东方梨有13个种,其中基本种只有中国豆梨、台湾豆梨、川梨、砂梨和秋子梨等5个种,而白梨、麻梨和褐梨等3个种系杂种起源,不属于基本种;(2)我国优质早熟梨新品种选育研究取得了突破性进展,成就斐然,早、中、晚熟梨的比例已由1994年的7∶23∶70调整到2006年的20∶28∶52,近10年育成的早熟品种比例接近50%;(3)新疆库尔勒香梨优质、耐贮的特性遗传能力很强,是梨品质育种不可或缺的珍贵种质,而复杂的遗传背景和丰富的遗传多样性是亲本选择进行梨品质育种的关键;(4)优质耐贮极晚熟梨品种的选育与推广,是满足优质大梨市场周年供应、提振消费者消费信心、撬动我国梨产业高效发展的关键。针对目前的研究现状,今后应在如下两个研究领域下功夫,一是进一步加强优质耐贮极晚熟梨新品种的选育,构建以优质耐贮极晚熟梨新品种为主,优质早、中晚熟品种配套的品种结构,以满足市场的多样化及周年供应需求;二是利用现代分子生物学技术,从转录、翻译及修饰等多个层面进一步探讨品质性状发育机理,为梨品质育种提供理论支撑。     

基于cDNA芯片的梨品种S基因型鉴定及新S-RNase基因进化分析

梨品种S基因型鉴定对梨栽培中授粉品种选择和遗传育种都具有重要意义。本研究利用梨S-RNase基因荧光标记的特异引物PCR扩增获得梨品种荧光标记的cDNA特异产物;进一步完善梨S-RNase基因cDNA芯片,以被检测梨品种cDNA特异序列与梨S-RNase基因cDNA芯片杂交检测不同梨品种S基因型,并发现新的S-RNase基因。结果表明:利用梨S-RNase基因cDNA芯片鉴定了泸定王皮梨、兴山24号、弥渡百合等35个未知S基因型梨品种,确定了各品种的S基因型。结合PCRRFLP及DNA克隆和测序等技术,发现了7个新的S-RNase基因资源,获得了新S-RNase基因序列。序列分析表明各新S-RNase基因均具有S-RNase基因特异区域序列的典型特征;进化分析显示7个新S-RNase基因主要属于蔷薇科苹果亚科S-RNase类群,且存在种间和属间比种内和属内进化关系更近的现象。7个新的S基因分别命名为:PpS_(53)(Pyrus pyrifolia S53)、PpS_(54)、PpS_(55)、PpS_(56)、PpS_(57)、PpS_(58)和PpS_(59),GenBank登录号分别为:KX581753、KX581754、KX581755、KX581756、KX581757、KX581751和KX581752。     

梨品种资源果实轮纹病抗性的评价

采用田间人工接种的方法,2009-2010年连续两年对保存于国家梨种质资源更新圃的182个品种进行果实轮纹病抗性评价。结果表明：砂梨、白梨、秋子梨、种间杂交梨、西洋梨和新疆梨的两年平均发病率分别为6.15%、7.20%、7.43%、12.66%、17.00%、18.93%,梨品种间对轮纹病抗性存在差异,不同条件下多数品种轮纹病发病率有差异。依据两年平均发病率进行抗性评价分级,72个品种为高抗、63个品种为抗、25个品种为中抗、14个品种为低抗、8个品种为不抗。     

梨果柄特征及其与果实主要经济性状的相关性分析

为了解梨果柄生长发育对果实品质的影响,该试验以11个梨品种为材料,对果实主要经济性状、可溶性糖、矿质养分等进行了测定分析,并对果柄显微组织结构进行了解剖观察。结果显示：(1)梨不同品种间果柄形态及显微结构存在明显差异,大果型品种果柄内有10个维管束,中果型品种有9个维管束,小果型品种有5个维管束。(2)大果型砂梨品种中,果柄横截面维管束占比越高,单果重越大。(3)梨果柄粗度与果实大小之间存在显著相关关系,且相关性大小表现为白梨大于砂梨。(4)同一梨品种的中果柄和粗果柄果实的可溶性总糖含量显著高于细果柄果实。(5)果柄粗度影响果实果肉矿质养分含量,‘秋月’的中果柄和粗果柄果实的Ca和B含量显著优于细果柄果实,且中果柄果实的含量最高。研究表明,梨不同品种的果柄形态结构不同,且果柄发育状况影响果实生长发育,尤其果柄粗度是限制果实大小和影响果实品质的重要因素之一;同一梨品种的中果柄果实品质优于粗果柄和细果柄果实。     

梨黑星菌粗毒素对抗病和感病梨离体叶片生理特性的影响

以不同抗病性梨品种为材料,研究了梨黑星菌粗毒素对梨离体叶片的过氧化物酶(POD)活性、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性、丙二醛(MDA)含量、细胞膜相对透性以及叶绿素含量变化的影响.研究表明,毒素接种后抗病和感病品种叶片的POD和PAL活性、MDA含量和相对电导率均呈上升趋势,其间会有1个或2个峰值出现,且抗病品种叶片的POD和PAL活性高于感病品种,而细胞内MDA含量和相对电导率增加比率低于感病品种;同时,毒素使梨离体叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量下降,且感病品种的下降幅度大于抗病品种.总之,梨离体叶片POD和PAL的活性变化与梨品种抗病性呈正相关,叶片MDA含量和相对电导率变化与梨品种抗病性呈负相关,抗病品种离体叶片对毒素的毒害有更强的抵抗力.     

黑龙江省梨栽培品种(系)花粉形态的比较观察

利用扫描电镜和光学显微镜系统观察了黑龙江省梨20个栽培品种(系)花粉粒的形态并进行聚类分析。结果表明：同一品种花粉粒的大小、形态和纹饰特征比较稳定,不同品种间存在差异,杂种后代纹饰的变化,反映出黑龙江省梨品种其血缘关系的多样性,依据纹饰和聚类分析结果是梨品种鉴别的有效方法之一,具有一定的生产实践价值。     

白梨和砂梨S基因型确定及S34新基因的分离

梨是配子体型自交不亲和植物, 确定不同品种的S基因型是科学杂交授粉及提高梨产量和品质的基础。本文根据砂梨S1-9等位基因一级结构特征, 设计特异引物PF和PR, 以白梨(Pyrus bretschneideri)品种鹅梨(Pyrus bretschneideri ‘El i’) 和砂梨(Pyrus pyrifolia)品种博多青(Pyrus pyri folia ‘Hakataao’) 的叶片基因组DNA为模板, 通过 PCR-RFLP系统检测、克隆测 序以及生物信息学分析, 分离鉴定了它们的片段大小相似的2条S等位基因, 从中获得1条新的S基因, 命名为S34-RNase基因, 并确定了这2个梨品种的S基因型, 分别为鹅梨S13S34和博多青S22S34。     

生物技术简讯

使用基因分析技术鉴定梨农林水产省果树试验场利用人基因分析技术开发了简单地鉴定梨品种的技术。这次使用了鉴定人亲子关系等市售的探针。目前就国内的19个品种正在调查DNA序列,分析了各个品种固有的形状。从前鉴定品种性质(80项以上)需要观察几年。但是据说用这种方法仅一个叶片两天时间就能准确地鉴定出品种的性质。这种品种鉴定技术作为品种登录方法一旦被采用,就将为解决种苗销售纠纷发挥大的威力。     

基于苹果EST-SSR的梨种质资源遗传多样性分析

利用来自苹果的8对EST-SSR标记对48份梨(Pyrus)种质资源进行遗传多样性研究,以分析其在梨属植物上的通用性.结果表明,8对EST-SSR引物在供试材料上均能扩增出与苹果大小相似的产物,所有引物共检测到140个基因位点,其中多态性位点129个,多态性比例为92.14%,并且可成功区分不同品种.根据EST-SSR标记所揭示的多态性和UP-GMA法聚类分析,48份梨种质资源在相似系数0.62处可分为东方梨和西方梨两个种群,而中国的白梨(Pyrus bretschneideri Rehd.)、砂梨(P.pyrifolia Burm.f.Nakai)和秋子梨(P.ussuriensis Maxim.)相互交错在一起,没有独自成组.可见,苹果的EST-SSR标记在梨上具有高度的可转移性,可应用于梨属植物的资源评价及遗传关系研究.     

梨贮藏过程中乙烯和钙调素动态及其与贮藏性的关系

对两个梨品种不同成熟期果实贮藏过程中,整个果实以及果皮、果肉、果心的乙烯释放变化及果肉、种子的钙调素(CaM)含量进行测定。结果表明:(1)黄花品种完整果实及不同部位乙烯释放量都高于耐贮藏的湘南品种,且启动乙烯生成和形成乙烯峰值的时间也早于湘南品种;(2)果实不同部位形成峰值的顺序均依次为果心、果肉、果皮;(3)果实呼吸跃变过程中,CaM含量伴随乙烯释放量的上升而升高,乙烯峰值过后,CaM含量下降,果实衰老。     

果实种类及发育阶段对梨小食心虫幼虫钻蛀率和蛹重的影响

【目的】明确梨小食心虫Grapholitha molesta在寄主果实上的钻蛀率和蛹重与寄主种类和果实发育阶段的关系,为其田间预测预报和综合防控提供技术依据。【方法】在室内条件下测定了接卵后72 h梨小食心虫初孵幼虫在不同发育阶段的3个种共6个品种水果［苹果Malus pumila (嘎啦苹果), 桃Amygdalus persica (大久保毛桃、丰白毛桃和霞光油桃), 梨Pyrus bretschneideri (砀山酥梨和玉露香梨)］果实上的钻蛀率以及在不同果实状态的4个水果品种(大久保毛桃、丰白毛桃、砀山酥梨和玉露香梨)果实上72 h的钻蛀率;比较了接卵后24 h和72 h初孵幼虫在不同发育阶段的3个苹果品种(嘎啦苹果、富士苹果和金冠苹果)果实上的钻蛀率;并测定了不同发育阶段的金冠苹果、富士苹果、嘎啦苹果、砀山酥梨和丰白毛桃上的梨小食心虫蛹重。【结果】接卵后72 h梨小食心虫初孵幼虫在6个不同水果品种果实上的钻蛀率从高到低依次为：霞光油桃＞嘎啦苹果＞砀山酥梨＞玉露香梨＞大久保毛桃＞丰白毛桃;除霞光油桃外,其他5个水果品种果实的发育阶段显著影响初孵幼虫钻蛀率。对于嘎啦苹果,接卵后72 h初孵幼虫在其幼果上的钻蛀率最高(73.69%),在其着色期果实上钻蛀率最低(32.51%);在大久保毛桃、丰白毛桃、砀山酥梨和玉露香梨上,接卵后72 h初孵幼虫的钻蛀率均随果实生长发育而增加。初孵幼虫在3 个苹果品种着色期和成熟期果实上的钻蛀率随处理时间的增加而显著下降,而在其幼果上变化不显著。寄主种类及其发育阶段也显著影响梨小食心虫蛹重,成熟毛桃和梨饲养的雌、雄蛹重显著高于未成熟果实饲养的蛹重,着色期苹果不利于蛹重的增加。【结论】果实种类及发育阶段显著影响梨小食心虫初孵幼虫钻蛀率和蛹重,取食成熟期梨和桃的梨小食心虫初孵幼虫钻蛀率和蛹重显著高于取食未成熟果实的个体。     

不同梨品种果实有机酸含量变化与相关酶活性的研究

以梨品种‘鸭梨’、‘茌梨’和‘八里香’为试材,对不同品种果实有机酸积累及相关酶活性随发育的动态变化特征进行分析比较,探讨果实有机酸含量与相关酶活性的关系。结果表明:(1)梨果实发育过程中有机酸含量呈逐渐下降趋势,果实成熟时的总有机酸含量以‘茌梨’最高,‘鸭梨’次之,‘八里香’最低,且3品种间总酸含量差异显著。(2)果实发育后期,‘鸭梨’、‘茌梨’和‘八里香’的柠檬酸含量几乎相同,而苹果酸的含量差异显著,说明苹果酸是引起品种间总酸含量差异的主要因素。(3)在苹果酸代谢中,不同品种间NADP-ME酶活性在果实发育后期差异显著,而NAD-MDH和PEPC酶活性无显著差异,表明NADP-ME酶是引起‘鸭梨’、‘茌梨’和‘八里香’成熟果实苹果酸含量差异的主要原因。(4)不同品种的柠檬酸代谢酶CS、Cyt-ACO、Mit-ACO和NAD-IDH的活性变化趋势一致,且成熟时无显著差异,表明它们不是引起梨果实酸含量差异的主要原因。(5)梨果实发育过程中有机酸含量与相关代谢酶活性的相关性分析表明,苹果酸和柠檬酸代谢酶共同影响梨果实的酸含量水平。     

上饶早梨离体保存库再生苗遗传稳定性的同工酶分析

为了检测上饶早梨离体保存库中不同再生苗的遗传稳定性,采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对其20个样本进行多酚氧化酶(PPO)同工酶、超氧化物歧化酶(SOD)同工酶、淀粉酶同工酶、过氧化物酶(POD)同工酶、酯酶(EST)同工酶、过氧化氢酶(CAT)同工酶和蛋白酶同工酶分析。结果表明,20个样品的POD同工酶、EST同工酶和蛋白酶同工酶均只有一条带;20个样品的CAT同工酶均出现两条带;PPO同工酶在20个样品中出现6条带;SOD同工酶在20个样品中出现5条带;淀粉酶同工酶在20个样品中出现4条带。利用popgene软件计算出POD同工酶、EST同工酶、蛋白酶同工酶、CAT同工酶、PPO同工酶、SOD同工酶和淀粉酶同工酶的多态性百分率分别为0%、0%、0%、0%、83.33%、60%和100%。使用NTsys 2.1软件计算PPO同工酶、SOD同工酶和淀粉酶同工酶酶带的遗传相似系数,并用非加权组平均法(UPGMA)进行聚类分析。结果表明,3个同工酶的聚类结果一致,20个样本分为两大组,一组包括"花厅六月雪"和"花厅黄皮消"两个主栽品种,另一组只包括"田墩六月雪"一个主栽品种。3个主栽品种内的样本所有同工酶酶带结果一致且遗传相似系数均为1.000 0,说明3个主栽品种内样本的遗传稳定性高,无遗传变异。本试验结果表明,上饶早梨离体保存库的建立具有较强的可靠性和可行性。     

中国梨品种S基因型鉴定的初步研究

采用PCR技术和聚丙烯酰胺凝胶电泳法对6个中国梨品种的s基因型进行了鉴定研究,并与已知S基因型的日本梨品种进行了比较。研究结果表明,供试的6个中国梨品种S基因型均不相同,‘西子绿’、‘金花’和‘金水酥’各包含了S1～S7以外的新的S基因,为这些品种田间授粉品种的选配提供了参考。     

应用ISSR指纹图谱鉴定上饶早梨3个主栽品种及其不同继代次数试管苗

为鉴定上饶早梨3个主栽品种("花厅六月雪","花厅黄皮消"和"田墩六月雪")的亲缘关系以及其不同继代次数试管苗的遗传变异,本研究应用筛选出的9条ISSR引物对上饶早梨3个主栽品种20份样本进行分子标记分析。结果显示,9条引物共获得47条清晰可辨条带,其中多态性条带24条,平均多态性比率为51.06%,平均每对引物扩增出4.7条带,其中2.4条具有多态性。其中,引物CW32438多态性最高,为100.00%,引物CW32466多态性最低,只有20.00%。20个样品的GS值范围为0.617 3~1.000 0,平均值为0.806 6,变幅为0.382 7。UPGMA法聚类分析结果表明,在GS值为0.817 7处,可将上饶早梨主栽品种分为两类,"花厅六月雪"和"花厅黄皮消"为第Ⅰ类,"田墩六月雪"为第Ⅱ类。根据引物扩增位点的特异性,挑选了5条核心引物,并依据其扩增模式图进行编码组合,构建了上饶早梨3个主栽品种的DNA分子指纹图谱。利用这些指纹图谱的差异,可鉴定上饶早梨主栽品种的归属地。上饶早梨3个主栽品种继代8~13次的试管苗虽然存在一定程度的变异,但这种遗传差异无显著性,说明通过带芽茎段对上饶早梨3个主栽品种进行离体快繁可保证其遗传稳定性。     

套袋对梨果实发育过程中糖组分及其相关酶活性的影响

以翠冠和黄金梨为试材,测定套袋和未套袋(对照)梨果实发育时期果实中蔗糖、葡萄糖、果糖和山梨醇含量以及蔗糖代谢相关酶酸性转化酶(AI)、中性转化酶(NI)、蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的活性,并对果实中糖组分积累与酶活性的关系进行了分析.结果表明:(1)两梨品种套袋果实在发育过程中蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇和糖代谢相关酶活性变化趋势与对照基本一致,套袋果实糖含量均低于对照但差异不显著,而各相关酶活性在两类果实间差异表现各异.(2)在梨果实发育早期,果实中以分解酶类为主,糖分积累低;发育后期以合成酶类为主,糖分积累多.(3)两品种套袋和对照果实AI活性与葡萄糖含量均呈显著或极显著正相关,SS合成方向活性与蔗糖含量均为极显著正相关,且翠冠对照果SPS活性与蔗糖含量呈极显著正相关.可见,套袋通过提高果实发育早期转化酶(Inv)活性,降低果实后期蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)的活性来影响糖分积累,从而影响梨果品质.     

梨不同品种花粉生活力测定及授粉特性研究

以19个梨品种为试材,用离体培养法测定在不同贮藏温度下花粉生活力,并调查6个杂交组合和15个梨品种自交的结实特性。结果表明,在培养基中加入硼酸和赤霉素可提高花粉生活力;通过镜检发现大慈梨、八月红、黄金梨3个品种花粉败育;在不同的贮藏条件下,温度越低花粉发芽率下降越缓慢,因此在低温条件下适合花粉长久贮藏;在贮藏过程中,均存在"短期被迫休眠现象",且随温度的降低被迫休眠恢复时间向后延伸。6个杂交组合的花朵坐果率和花序坐果率平均值为82.54%和94.82%,与自然授粉没有明显差异,因此金二十世纪可以作为鸭梨、雪花梨的授粉树,雪花梨、鸭梨、红安久、红茄梨可以作为黄金梨的授粉树;15个梨品种自交结实率较低,而大慈梨、八月红、黄金梨、秦丰、秀玉、新星、雪花梨、丰水8个品种不结实,在生产上均需配置授粉树才能达到产量需求。     

草莓的生物学特性

草莓屬于蔷薇科、草莓屬,大約有50个种。主要有野生草莓(Fragaria vesca L.)、东方草莓(Fr.orientalis)、北美草莓(Fr.virginiana Duch)、智利草莓(Fr.chilioensis Duch)、风梨草莓(Fr.ananasica、Duch)、綠色草莓(Fr.viridis Duch)。目前栽培的大果草莓大多来源于北美草莓、智利草莓和风梨草莓三个种。世界上栽培品种达数千个以上。我国栽培的品种系引自苏联、欧美和日本,除解放以后由苏联引进的一些品种外,旧有品种的来源和原名大多不易查考。为了发展草莓的栽培,应当对草莓进行有計划的品种整理和新品种的选育工作。     

桃小食心虫和梨小食心虫幼虫肠道细菌多样性

为明确桃小食心虫和梨小食心虫幼虫肠道细菌的结构和多样性,本研究利用Illumina HiSeq技术对饲喂金冠苹果的桃小食心虫和梨小食心虫幼虫肠道细菌的16S rRNA V4变异区进行测序与分析.结果表明: 共获得桃小食心虫幼虫肠道细菌229043条reads,聚类为2112个OTUs,注释得到27个门,65个纲,124个目,205个科,281个属;共获得梨小食心虫幼虫肠道细菌240389条reads,聚类为957个OTUs,注释得到22个门,46个纲,89个目,145个科,180个属.桃小食心虫幼虫肠道细菌以变形菌门(87.98%±5.29%)、厚壁菌门(3.91%±1.19%)和放线菌门(1.04%±0.47%)为主;梨小食心虫肠道细菌以变形菌门(50.06%±19.56%)、厚壁菌门(32.02%±8.48%)和蓝细菌门(25.24%±10.28%)为主.两种食心虫在门、纲、目、科、属、种水平上均存在显著差异.从本研究结果看,即使均以苹果为寄主,两种食心虫幼虫肠道细菌结构和多样性也存在显著差异,桃小食心虫幼虫肠道细菌多样性比梨小食心虫丰富,这可能与两者不同的取食特性和消化机制有关.本研究结果为后期揭示肠道微生物与两种食心虫相互作用关系奠定了基础.     

梨自交不亲和基因cDNA芯片杂交条件优化及应用

[目的]优化梨自交不亲和基因(S-RNase或S基因)c DNA芯片杂交条件,利用芯片检测梨品种S基因型。[方法]提取梨品种雌蕊RNA,Cy3标记引物RT-PCR获得S基因荧光标记特异c DNA序列。设置不同杂交条件,用已知S基因型品种荧光标记的PCR产物在不同条件下分别与芯片杂交,杂交信号分析芯片杂交效果。用芯片优化杂交体系鉴定梨品种未知S基因型,DNA测序验证芯片鉴定结果。[结果]芯片杂交最佳条件:杂交温度42℃,杂交时间8~9 h,PCR纯化产物终浓度为200 ng·μl-1。优化杂交条件下芯片鉴定晚咸丰、秀水、丽江马占梨1、湘菊、木通梨、甘甜、弥渡小红梨、丽江大中古、金晶和弥渡火把等梨品种S基因型分别为:Pp S15Pp S52、Pp S4Pp S5、Pb S22Pp S37、Pp S1Pp S2、Pp S1Pp S3、Pp S13Pp S15、Pp S12Pb S42、Pb S21Pb S22、Pp S3Pp S60和Pp S5Pp S5。DNA测序验证各品种所含S基因与芯片鉴定结果一致。[结论]梨自交不亲和基因c DNA芯片优化杂交条件后可准确鉴定梨品种所含已鉴定的S基因资源。