云南山地橡胶树三倍体育种回顾

吴 裕，张凤良，毛常丽，李国华

（云南省热带作物科学研究所，云南景洪666100）

三倍体无性系是林木树种遗传改良的重要途径之一。在我国以收获木材为主的杨树（Populusspp.）可以认为是三倍体育种成功的标志，漆树（Toxicodendron vernicifluum）三倍体无性系“大红袍”生漆产量高且品质优良，桑树（Morus alba）三倍体无性系产叶量高而且质量好。

橡胶树（Hevea brasiliensis）是典型的林木树种，以收获胶乳和木材为主要目标，既可归入经济林，又可归入用材林。毫无疑问，三倍体无性系也是橡胶树遗传改育的途径之一，20 世纪60-80 年代，马来西亚、印度和中国都有橡胶树多倍体育种的研究报道［1-9］。据这些文献，橡胶树三倍体基因型的获得有多种途径，包括四倍体与二倍体杂交，人工诱导二倍体植株形成2n 配子，或者从野生群体中筛选天然三倍体基因型等。橡胶树三倍体基因型的获得虽然有诸多成功报道，但未见其它国家或单位有三倍体无性系品种用于生产种植。云南省热带作物科学研究所培育的三倍体无性系品种已成功用于生产种植，在云南山地建成大规模胶园，总体表现出林相整齐、抗寒性强、产胶量高等优点。虽然我们对橡胶树三倍体的形成机理知之甚少，对三倍体育种的理论总结也十分欠缺，但是作为唯一一家成功育成橡胶树三倍体优良品种且规模化推广的单位，愿意总结经验以供分享。

1 云南植胶区自然概况与育种目标

云南植胶区是我国重要的橡胶树种植基地，也是全世界最特殊的胶园，截止2019 年种植总面积约54 万hm2。整个植胶区地处内陆，自然环境概况可总结为“纬度偏北、海拔偏高、寒害偏重、旱季偏长、山地偏陡，但是风害较少”。产胶量是全世界天然橡胶种植者共同的主要育种目标，在云南植胶区由于环境的特殊性就得附加额外的育种目标，甚至在一定程度上不得不以降低主要育种目标为代价来满足附加育种目标。云南植胶区最先制定的育种目标是“高产抗寒”，后来又改为“抗寒高产”，这不是简单的文字游戏，而是育种目标的重大调整，因为只有能够抵御云南山地低温胁迫的品种才具备推广的可能性。

2 云南第一批三倍体无性系（品种）的培育简史

我国于1953 年正式规模化引种和产业化种植橡胶树，最初是引进国外优良无性系进行适应性试种。到1962 年，从引种无性系中评选出PB86、RRIM600、GT1、PR107 在云南大规模推广种植，称为“四大品种”。其中PB86 和RRIM600 产量最高，但抗寒能力最差，只能种植于水热条件充足的低海拔地段；GT1 抗寒能力最强，产量中等，可种植于寒害较重海拔较高的地段；PR107 抗寒能力中等，产量中等（割胶10 年后表现高产，但当时尚未发现此性状）。

在以“抗寒高产”为育种目标的背景下，云南省热带作物科学研究所的育种前辈们毫无疑问地选择了GT1 和PR107 为杂交亲本，再由于GT1雄花发育不良，PR107 雌花发育不良，所以设计了杂交组合“GT1×PR107”（后来该家系品种命名为“云研1 号”），建立双无性系种子园生产种子。云研1 号全同胞家系总体抗寒高产，但株间变异大。20 世纪70 年代，前辈们将云研1 号小苗进行抗寒性大田筛选，在大寒害之后选出3 株，建立了3 个无性系，分别命名为“云研77-2、云研77-4、云研73-46”，并于1981 年开始无性系测定工作。到2000 年，云研77-2、云研77-4 通过农业部良种审定，目前已在云南植胶区建立山地胶园16 万hm2；云研73-46 于2018 年列入农业部主推品种，已在云南山地推广种植。

在20 世纪70 年代，前辈们只根据抗寒能力强选出了这3 个基因型，也没有考虑产胶量指标，而是直接进入无性系测定，测定结果表明：抗寒能力强，产胶量高，速生性好，于是成为了当家品种。到2006 年，云南省热带作物科学研究所通过染色体鉴定，发现这3 个无性系都是三倍体。当初前辈们选择这3 个基因型时根本没有关心染色体的倍性问题，这纯粹属于巧合。

3 云南第二批三倍体无性系培育简介

在云南省发改委的资助下，我们于2006 年开始新建橡胶树种质资源圃（农业部景洪橡胶树种质资源圃）。2006 年采集GT1 开放授粉种子播种繁殖砧木，2007 年嫁接，2008 年裸根苗（芽接桩）定植。在2008 年定植时，砧木是接近2 年生苗，植株长势和叶片性状在株间的差异已经初步表现。在连续几年中，我们凭借肉眼观察和手感进行苗期单株选择。令人兴奋的是，我们选出的单株通过细胞学鉴定确认大部分都是三倍体。

从2009 年起，我们开展了云南植胶区生产胶园调查，其目的是获得优良实生单株（包括二倍体和三倍体）。当时拟定的调查对象是一代胶园，包括家系胶园和无性系胶园中的实生树；调查范围包括云南的德宏州、西双版纳州、普洱市、红河州、文山州；选择指标包括生长量、树型结构、产胶量、抗寒性等。由于树龄和环境差异较大，不利于株间比较，我们采取相对值和绝对值的办法进行选择，以嫁接无性系的形式保存。在诸多优树无性系中，我们通过细胞学鉴定，选出2个三倍体无性系。

自2013 起，我们连续几年以无性系为单位开展试验室测定和田间测定工作。其中人工控制低温胁迫和干旱胁迫试验，光合生理测定，叶片解剖结构分析和基因组C 值测定已经发表部分数据［10-15］，对三倍体抗寒性分子机理研究的数据尚未发表；在4 个环境区域建立了无性系测定林基地，通过苗期和幼树期观测，表现出良好的适应性。综合研究表明，这些三倍体无性系从形态学、解剖学、生理学、细胞学和分子学几个方面都表现出一定的特殊性，在农艺性状方面表现出良好的抗寒性、抗旱性、速生性、高产性。

4 规模化鉴定筛选三倍体基因型

根据上述经验，我们已经知道橡胶树能形成自然三倍体。我们从云研1 号家系（GT1×PR107）苗木群体中获得三倍体无性系“云研77-2、云研77-4、云研73-46”；在以云研1 号家系建立的胶园中已获得三倍体成年优良单株；在以GT1 开放授粉种子建立的半同胞家系砧木群体中，也同样获得了三倍体。更进一步肯定：以GT1 为母本可以获得三倍体。

但是这又提出了一个新的问题：如果2n 配子来源于GT1，那就是GT1 形成2n 雌配子，再与1n花粉结合，获得三倍体；如果2n 配子来源于花粉，那么除了GT1 以外，其它植株的种子中也同样会包括三倍体，只是我们没有发现。发现了可以认为有，但没发现不能认为无。实际上在后来的研究中，我们发现了不是来源于GT1 的天然三倍体植株。

从2011 年开始，云南省热带作物科学研究所龙青姨从GT1×PR107 的双无性系种子园中采集种子，利用流式细胞仪进行批量检测，挑选三倍体植株。经过几年的努力工作，获得三倍体植株约400 株，叶片形态、植株生长量等性状群体变异较大，其中有不少植株长势较弱。

北京林业大学博士研究生姚鹏强同学对GT1开放授粉子代进行测定，发现三倍体比例约占1%，主要来源于2n 雌配子，同时也发现了有些三倍体是因为2n 花粉而产生的。

5 人工诱导三倍体获得成功

云南省热带作物科学研究所与北京林业大学于2010 年正式建立橡胶树三倍体育种的合作关系。北京林业大学康向阳教授先后派硕士研究生张源源和博士研究生姚鹏强连续8 年（2011-2018）在我所基地开展诱导三倍体的研究工作。姚鹏强以RRIM600 为材料，通过高温处理获得2n雌配子和2n 雄配子，通过秋水仙碱处理获得2n雄配子，而且成功获得3 株三倍体植株（因其博士学位论文尚处于保密期，不便引用和公开其中内容）。

6 云南山地橡胶树三倍体育种的经验总结

20 世纪70 年代，前辈们仅仅根据苗期抗寒性强就选中了3 株三倍体，这纯粹是偶然性；但是后来的研究发现，三倍体无性系有可能是云南山地育种的特定产物，外在的偶然性背后可能隐藏着本质的必然性。这个必然性坚定了我们选择三倍体育种路线的信心，但是如何利用好三倍体这条育种途径是值得探讨的问题。

育种目标制定合适与否是决定育种成败的关键。橡胶树以产胶为主的育种目标是橡胶产量及品质，以用材为主的育种目标是木材产量及品质；抗寒不是育种目标，仅是在寒冷的环境条件下为了实现高产、优质而必须满足的一个性状（可称为副性状）。已培育的品种只要高产优质就可以根据其本身抗寒性强弱程度推广到相应的区域，并非抗寒性越强就越好，否则我们可能会培育出“抗寒性很强”的品种，但毫无推广价值。因此，以GT1 的2n 雌配子获得的三倍体育种目标只需要追求产量（橡胶或木材）即可。

同时我们也认识到，并非所有三倍体都表现优良。20 世纪70 年代，前辈们获得三倍体的同一批苗中很可能就有一部分三倍体被冻死了；我们选育第二批三倍体无性系的实生群体中也可能有诸多三倍体因为目标性状不如意而未被关注；后来的规模化鉴定筛选也证实，三倍体群体中有很多单株长势较弱，也很可能部分三倍体在幼苗期就夭折了，根本没有机会进行倍性鉴定。

不论二倍体还是三倍体，其性状主要传递于父母本。我们已经知道，GT1 抗寒，其开放授粉子代普遍抗寒，以GT1 的2n 雌配子获得的三倍体就可能更抗寒，被称为基因的“剂量效应”；以RRIM600 的2n 雌配子获得的三倍体抗寒性如何呢？产胶量如何呢？我们还没有进行鉴定。

我们已经知道，GT1 开放授粉子代中约有1%的单株为三倍体，那么优良的单株就更少了。在三倍体育种过程中，如果能通过表型观察初选，再作进一步细胞学鉴定确认，就可明显缩小试验样本量，提高选择效率。但是，“肉眼鉴别”三倍体的方法我们还“说不清楚，道不明白”，更做不到建立有效的指标体系，只能凭借经验和感觉，即所谓“只可意会，不可言传”。