鹅掌楸属种间杂交技术及杂种优势的研究 

鹅掌楸属种间杂交技术及杂种优势的研究

课题来源 南京市科委、学校自选 组织鉴定单位 江苏省科技厅 鉴定时间 2000年12月30日

完成单位 南京林业大学森林资源与环境学院

主要完成人员 王章荣、季孔庶、叶建国、徐立安、徐 进、

叶金山、李周岐、赖焕林、芦建国

简要技术说明

鹅掌楸属（Liriodendron）树种属木兰科（Magnoliaceae）的古老树种。现仅存有两个种，即鹅掌楸（俗称即中国马褂木）（L.chinense（Hemsl.）Sarg.）和北美鹅掌楸（L.tulipifera Linn.）。我国著名的林木育种学家已故的叶培忠教授开创了鹅掌楸属的种间杂交工作。他以中国马褂木为亲本、北美鹅掌楸为父本进行了人工杂交并获得了杂种，杂种表现出明显的生长优势。他的实验证明鹅掌楸属种间杂交是可配的，而且杂种有明显的生长优势。之后，南京林业大学的有关科技人员陆续进行的一些杂交和杂种苗木的培育与推广试种，及有关生殖生物学胚胎学方面的研究，积累了大量资料、材料，为后来的杂交育种工作奠定了良好的研究基础。但上述工作还存在一定的局限性，许多问题有待深入研究和急需解决。如：（1）过去杂交父本是20世纪30年代在明孝陵陵园内一株北美鹅掌楸，杂交母本也只局限于校园内几株属庐山种源的中国马褂木。杂交亲本的遗传基础非常狭窄。为了发掘杂种家系与无性系的选择潜力，必须扩大杂交亲本的遗传基础；（2）杂交中的交配系统与杂交亲和力、杂种优势程度的相关问题也需进行研究，这是关系到育种策略的问题；（3）杂种生长优势、适应性优势形成的原因及与哪些方面相关等等也需研究揭示；（4）人工杂交育种工作，首先是授粉制种问题。如何简便高效地授粉制种，过去尚未进行过严密的系统研究；（5）为了把研究成果应用于生产，无性繁殖技术与杂种推广示范工作也需研究解决。

为了适应园林绿化和林业建设发展的需要，提高林木育种水平，促进林木遗传学教学科研的发展，必须扩大杂交亲本遗传基础，开展交配系统、杂交技术、杂种优势及其利用、无性繁殖技术、育种目标等方面的系统研究。为园林绿化和胶合板工业用材定向选育出一批优良家系与无性系，为社会需要服务。

该课题1995年在南京林业大学正式立项，后又获得南京市科委资助，纳入“优质苗木新品种选育引进”项目（编号05号）。

通过对鹅掌楸属种间杂交技术、杂交的交配系统、杂种优势的生理学基础和解剖学基础及无性繁殖技术等方面的系统研究，经过5年多的努力，取得主要成果如下：

（1）研究总结出去雄、去花被片不隔离开放型的杂交授粉技术。鹅掌楸杂交授粉试验与花粉生命力贮藏试验表明，盛花期的花粉发芽率较高，常规条件下经贮藏5天后，生命力会迅速下降。用新鲜花粉在去雄、去花被片不套袋隔离情况下杂交授粉是可行有效的。经DNA标记检测证明这种授粉的非目的花粉污染率极低，杂交制种简便可靠。

（2）初步摸清正交、反交、回交及F1代个体间的杂交交配系统的可配性和杂种优势表现。在杂交交配中，同时开展了正交、反交、回交及FF的不同交配系统试验，结果表明，交配类型都具有可交配性，获得的杂种都有具有明显的杂种优势，但杂种优势的明显程度不同，可配性也有不同。其中，正交、回交的优势普遍较强，可配性较好，F1×F1之间交配产生的F2代仍有利用价值，并会出现少数超亲个体。这些结果为今后进一步开展杂交育种制定策略提供了科学依据。

（3）首次查明了杂种鹅掌楸生长优势的生理学和解剖学原因。鹅掌楸种间杂种与亲本相比，经多家系多重复的对比试验结果，1年生母本（对照）的叶片数平均为7.00片，杂种的平均为15.98片，超过对照2.28倍；杂种母本（对照）的叶面积平均为450.40 cm2，杂种的平均为1191.05 cm2，超过对照2.64倍。生长期延长20天左右。在水分胁迫条件下，叶片相对含水量下降速率，蛋白质与叶绿素的损失程度，RNase活力升高幅度均以杂种比亲本种小，而杂种的GA1/3、IAA、iPA含量均比亲本种高；杂种的维管组织较亲本种发达，气孔密度比亲本种大。杂种的这些生理学、解剖学特点是杂种生长优势和适应性优势的基础。

（4）利用DNA分子标记技术，监测杂交中非目的花粉的污染率、构建无性系指纹图谱及进行杂种优势的预测。通过DNA分子标记研究，对杂交授粉的非目的花粉污染率、杂种真实性作了鉴定；建立了杂种无性系的指纹图谱；研究分析了杂种亲本间遗传距离与子代家系生长量之间的相关，提出了杂种优势预测的指标。

（5）研究总结出无性繁殖技术要点。其中包括无性系遗传效应、年龄效应、位置效应与激素处理等内容，总结出扦插繁殖的技术要点，为良种推广创造了有利条件。

（6）按园林绿化观赏型和山地造林胶合板用材型的选育目标，初选出优良家系10个，优良无性系20个。并在江苏常州市、山东济南市、河南郑州市及上海市建立了良种推广示范点，开始优良杂种家系

与无性系的规模化繁殖，为杂种的推广利用奠定了物质基础。

该项研究从理论上揭示了杂种鹅掌楸生长优势与光合面积、光合时间，抗逆性、解剖特点之间的关系，证实了不同交配系统的可交配性与杂种优势程度，为进一步发展杂交育种提供了科学的策略依据。从实践上研制简便有效的杂交制种方法与无性繁殖技术，初选出一批优良家系与无性系，并建立了多处良种推广示范点，为今后良种推广提供了有利的技术保证。

本项研究目标明确，内容系统，技术路线先进。在杂交育种的交配系统研究和杂种优势的机理研究与国内外同类研究相比，常规育种与新技术结合上有重要创新，其研究成果达到了同类研究的国际先进水平。

杂种生长迅速，干形良好，花叶奇特，抗逆性适应性强，是优良的园林绿化树种和山地造林的工业用材树种，具有广泛的推广范围与应用前景。今后还需进一步继续拓宽杂交亲本的遗传基础，尽快完善快繁体系，实现优良杂种苗的规模化生产，走上产业化的道路。 推广应用前景

杂种鹅掌楸（俗称杂种马褂木）是优良的园林绿化树种和胶合板用材树种。生长迅速，抗逆性强。据初步试种，生长表现良好：

试验林树试种地点 龄/a 湖南汉寿 武汉市园林12 局 江苏句容 本校树木园 15 20 17.22 19.17 20.19 发，1997.2 25.71 本组试验林调查数据 11.50 15.00 技，1990.3 张武兆，林业科技开15.01~1610 .42 .65 技，1989.2 武悲贞，湖北林业科24.73~26赵书喜，湖南林业科树高/m 胸径/cm 资料来源 20世纪80年代引种到北京园林局、植物园及中国林科院的少量杂种，现已开花结实，生长良好，说明杂种马褂木的适应能力是相当强的。为了满足城镇绿化和山地造林的需求，应尽快完善杂种马褂木的快繁体系，实现规模化生产，走上良种生产产业化道路。同时，把

优良组合的有性制种与无性胚培繁殖结合起来，实施优良家系与无性系的大规模繁苗，以满足社会上的需要。我国城镇建设正在日新月异的发展，林业生产建设不断加强，因此，杂种马褂木苗木培育具有极广泛的市场前景。现在新选育出的一批新的杂种家系和无性系，3年生时，苗高达5 m左右，胸径达5 cm左右。园林部门大量需求这些杂种马褂木。目前，市场上按胸径大小为标准，每1 cm计10~15元，经济效益可观，市场前景十分看好。