以富士为核心亲本的苹果杂交群体的优系筛选*

陈旭强，杨亚州，刘 莉，王 英，武月妮，魏 静，赵政阳

（1 西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100）（2 白水县园艺站）

杂交育种是当前培育苹果新品种的主要方法。由于苹果自交不亲和、异花授粉等特点，以及其基因组高度杂合，导致苹果杂交后代的性状变异非常广泛，果实经济性状多呈现退化或趋中变异[1]，而符合育种目标要求的优良单株极少。为了筛选出综合性状超过亲本的个体单株，育种者需要不断扩大杂交群体的规模或者增加杂交代数才能选育出较为理想的品种（品系）类型[2]。杂交群体过小时，可供选择的材料少，通常难以选出综合性状优良的个体。“大群体”杂交后代是选育优良苹果品种的重要保证。目前，“少组合、大群体”的育种思路被广泛采用，育种单位的杂交后代群体保有量普遍较大[3]，加之受童期长、树体空间大等因素影响，育种成本成倍增加。

苹果杂交育种过程主要包括在杂种实生苗阶段的针对抗性、野生性状、植株生长情况的早期预选（初选），将预选个体嫁接至矮化砧上，针对果实性状的筛选（复选），将复选出的优系集中起来针对综合性状进行评价筛选（决选），最后是将决选出的优系在不同地区进行区域比较试验（区试）从而获得可以审定的苹果新品种[4]。初选阶段主要淘汰生长势弱、抗逆性差、易感病、野生性状明显的实生单株，选留单株将被嫁接到M26 自根砧上进入复选阶段。复选阶段以果实品质性状为主，农艺性状为辅，进行综合评价选出优系。复选阶段是苹果杂交育种中最关键、最耗时费力的阶段，绝大多数的杂种后代在该阶段被淘汰，只有极少数果实品质优良、农艺性状表现较佳的个体进入下一阶段的筛选。决选阶段是对复选优系集中扩繁并与现有主栽品种的品质性状和栽培性状进行综合比较。为了节约时间，当前育种者普遍将决选阶段和区域试验同时进行。

近年来，课题组按照“少组合、大群体”的育种思路，以品质性状最优良的富士苹果为核心亲本，以嘎拉、金冠、粉红女士、秦冠等特色苹果品种为骨干亲本进行杂交。其中，富士×秦冠组合选育出了晚熟红色品种瑞阳，富士×粉红女士组合选育出了晚熟黄色品种瑞雪和红色品种瑞香红，富士×嘎拉组合选育出了中熟品种秦月和秦韵，富士×金冠组合未选出合适的品种。这些品种中，瑞雪、瑞阳、瑞香红市场认可度较高。当前，国内苹果育种单位保存的杂交群体数量庞大，耗费大量的人力物力[5]。为了进一步增强苹果杂交育种的针对性、提高育种效率，本研究通过统计杂交组合后代各阶段的淘汰率，分析优系产出率，进而为杂交后代群体大小的估算提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2007—2010 年，以富士为核心亲本，嘎拉、秦冠、粉红女士和金冠为骨干亲本配置杂交组合。获得的杂交种子沙藏后进行温室播种和营养钵育苗，最后移栽大田。预选淘汰生长势弱、易感病、野生性状明显的实生单株，在实生苗的第3 年秋季剪取上部饱满芽嫁接于M26 自根砧，按行株距4.0 m×0.5 m 定植于试验站苹果育种复选圃。每年进行轻度修剪，其他管理按一般果园管理方法进行。

本试验于2018—2020 年每年8—11 月在西北农林科技大学白水苹果试验站进行，试验站地处黄土高原优质苹果产区。

1.2 果实性状田间评价方法

由育种专家、学生、田间工人等共20 人组成评鉴小组。于成熟期从外观、质地、风味和香气4个方面进行果实感官评价。综合各个成员的评价结果，作为杂种单株最终的感官评价结果，选出复选优系。评价方法参考国际遗传资源研究所编制的果树种质资源评价系统[6]、《果树种质资源描述符-记载项目及评价标准》[7]、《苹果种质资源描述规范和数据标准》[8]的性状描述，并结合课题组的育种经验加以修改（表1）。

表1 苹果果实品质性状评价指标及其标准

2 结果与分析

2.1 杂交后代初选阶段选择淘汰统计

按照“红色、优质、丰产、抗病、晚熟”的育种目标，以富士为核心亲本，嘎拉、金冠、粉红女士和秦冠为骨干亲本配置杂交组合，总共获得杂交种子58 815 粒，播种获得杂种实生苗30 579 株（表2）。其中，富士×金冠和富士×嘎拉组合成苗率较高，超过60%，富士×秦冠和富士×粉红女士杂交组合成苗率在40%左右。

表2 以富士为核心亲本的苹果杂交组合初选淘汰统计

在实生苗（初选）阶段以抗病性、野生性状和株型为主要淘汰指标。主要淘汰生长势弱、易感病、野生性状明显、株型差的实生个体。经过连续3 年的选择，4 个杂交组合的淘汰率均接近80%。其中，富士×金冠杂交组合最高，达到了81.90%，富士×秦冠杂交组合最低，为77.66%（表2）。

2.2 杂交后代复选阶段果实性状的评价分析

要成为一个苹果品种，首先需要有优异的内在品质，同时需要有良好的外观品质。目前，尽管针对果实色泽、硬度、含糖量都开发了便携式的测量仪器，但是感官评价依然是品种筛选最为简单和可靠的测定方法。因此，在优系筛选时主要采用感官评价。首先针对外观品质进行筛选，淘汰果实外观有较大缺陷的单株，主要考量光洁度和着色2 个方面。果面光洁度主要看果实表面干净平滑与否，果皮是否光亮。另外，果锈面积与严重程度也是影响果实外观的重要指标。果实色泽方面，目前国内市场上的主流依旧是红色苹果品种，对于红色品种着色程度与面积需要综合考虑。对绿色和黄色单株，因为果面瑕疵不易被覆盖，因此果面光洁度和果锈程度要求更高。最后，以果面果锈程度、光洁度和着色3 个指标进行果实外观品质性状的评价。

苹果杂种选育过程中，需选留果实无锈光洁、着色好（红色）且着色面积≥80%的杂交单株。杂交组合亲本中，金冠为黄色品种且果实表面相对比较粗糙，其余4 个亲本均为红色品种且果实表面比较光洁。从2 年的调查数据（表3）可见，各组合2019 年光洁度略高于2020 年，而着色程度略低于2020 年，这可能与不同年份间的降水丰度有关。组合间，富士×粉红女士组合中果面光洁植株比率最高，2019 年达到了23.75%，2020 年为16.67%；富士×嘎拉组合表现最差，平均只有8.17%。果实着色方面，富士×秦冠组合中达到着色要求的个体占比最高，平均有41.21%；富士×粉红女士相对较低。综合来看，实际调查结果显示各组合中仅有3.42%～8.30%的个体在外观上达到要求，其中富士×粉红女士组合比率最高，2 年分别达到8.30%和6.09%；富士×嘎拉、富士×金冠组合比率最低，均不到5%。理论计算的比率小于实际观察的比率，二者相差约2%，可能是由于果面光洁度和着色程度存在一定程度的正相关。

表3 以富士为核心亲本的苹果杂交后代中果实外观性状表现优异所占比率

内在品质的评价主要包括果实质地和风味两个方面。果肉质地又分为果肉粗细、硬脆程度和汁液含量3 个方面。在复选阶段，需要淘汰果肉粗糙、果实质地过硬或绵软、汁液含量少的个体。果实风味包括酸甜度、香气，需要淘汰果实风味寡淡、过酸、汁液含量少的个体。以果肉脆度、粗细、汁液含量、果实风味为主要内在品质指标，并以香气为重要辅助指标对成熟期果实评价分析。以质地松脆、果肉细腻、汁液丰富、口感酸甜、香味协调作为优系选留的参考标准。杂交组合亲本中，富士果肉酥脆、细腻、汁液丰富、风味酸甜，内在品质最佳，这也是选择该品种作为核心亲本的重要原因。秦冠果实肉质稍粗、汁液中等偏少、无香气，质地相对较差，但是抗性强易丰产。其余3 个品种均各具特色。由调查结果（表4）可知，2019 年果实质地和香气的比率要低于2020 年，而果实风味的比率要高于2020 年。果实质地方面，富士×嘎拉组合表现最佳，两年结果基本一致，优良个体比率约为57%；富士×秦冠组合表现最差，2019 年仅有37.90%的个体达到要求，这说明秦冠果实质地的遗传力较强。果实风味方面，富士×秦冠组合表现相对较好，这可能与秦冠果实酸度较低有关；富士×粉红女士组合相对较差，该组合酸度相对较高，酸、极酸的植株比率合计为20.92%，约是其他组合的2倍，且不少个体的果实有异味。这可能与粉红女士酸度高、香气浓的特点有关，后代中极易出现过酸或香气不协调的单株。在4 个杂交组合中，杂交后代中具有香气的果实均超过了30%。综合来看，富士×嘎拉杂交后代的内在品质相对较高，富士×秦冠杂交后代的内在品质相对最低。

表4 以富士为核心亲本的苹果杂交后代中果实内在感官品质性状表现优异所占比率

2.3 杂交组合后代群体优系比率

根据“优质、耐贮、易栽培”的育种目标，综合外观品质、内在品质以及初选的淘汰率，获得各杂交组合中符合育种目标的优系的产出率（表5）。

表5 以富士为核心亲本的苹果杂交组合后代群体优系筛选情况

理论计算数据显示，4 个杂交组合中，2019 年杂交后代的外观品质优于2020 年，但内在品质要劣于2020 年。符合目标的复选优系率最高的是富士×粉红女士组合，其余3 个组合复选优系率在0.4%左右。结合群体初选淘汰率，以杂种实生苗为基数进行计算，4 个杂交群体的优系的产出率在0.07%～0.16%，集中在0.1%左右（表5）。

实际调查结果显示，4 个杂交组合中，2019 年杂交后代的外观品质优于2020 年，但内在品质是2020 年优于2019 年，与理论计算结果一致。4 个杂交组合中优系比率除了富士×秦冠组合其理论值比实际值大1 倍外，其余3 个组合理论值与实际值差异不大，优系比率集中在0.1%左右。富士×嘎拉、富士×秦冠、富士×粉红女士和富士×金冠4个杂交组合筛选出的优系数量分别为4、2、4、4株，以杂种实生苗为基数进行计算，优系的产出率分别为0.08%、0.05%、0.13%、0.08%（表5）。

3 讨论

目前，国内外均重视自主知识产权品种的培育，培育“优质、丰产、易栽培、抗病、耐贮运”苹果品种是育种者共同的目标。在育种方法上，生物技术育种尚处于起步阶段，是研究热点[9]，而传统杂交育种仍是苹果育种中最广泛和有效的方法。近年来，随着经费投入的增加，杂交群体规模不断扩大。育种的针对性和育种目标更加明确，育种策略已经从以前的小群体、多组合向大群体、少组合过渡，各单位保留的杂交实生苗越来越多[10]。为了节省费用，提高育种效率，必须加快早期预先选择速率，增大淘汰比率。本研究中，富士×嘎拉、富士×秦冠、富士×粉红女士和富士×金冠4 个组合经过连续3 年的早期选择，初选淘汰率基本保持在80%左右，仅20%左右的杂交后代进入了复选阶段。

杂交后代复选阶段果实性状的评鉴是苹果杂交育种过程中的关键，果实品质评价方法有感官评价和仪器测定2 种[11-13]。本研究选择简单易行且具有代表性的果实外观性状感官指标果锈、果面光洁度和果皮颜色，内在品质性状感官指标果实质地、风味，对苹果杂交群体果实从外观性状和内在性状2 个大方面进行感官综合评价筛选。综合来看，富士×粉红女士和富士×秦冠2 个组合在外观性状上表现优异；富士×秦冠组合的内在感官评价最低，这可能与秦冠果肉质地、粗细、果汁含量等果实特性遗传力较强有关，其次是富士×粉红女士的组合，这与该群体杂交后代中出现较多风味酸的果实有关，而富士×嘎拉组合内在感官的综合评价最高。

我国刚开始苹果杂交育种时，大多数从事苹果育种的单位只有0.2 万～0.5 万株的杂种实生苗，很少有上万株杂种实生苗的组合[14]。进入新世纪以来，杂交实生苗的数量大幅增加，近10 年来，我国各育种单位进行苹果杂交育种时，保存了近40 万株杂种实生苗，是目前杂交群体最多的国家[15]。而国外从事苹果育种的单位，如新西兰基本上每年都会选配杂交组合培育上万株苹果杂种实生苗，在优系筛选上有很大的余地[16]。

我国自开展有计划的苹果育种工作以来，已选育300 余个苹果品种，通过常规杂交选育的品种有140 余个[17]。早期杂交育种的群体规模较小，中国农业科学院郑州果树研究所从仅有的14 株杂交组合中培育出了华帅（富士×新红星），华冠（金冠×富士）则从130 多株实生苗中选育而来，华妃（华富×金冠）从67 株杂交苗中选育。日本选育出的富士（国光×元帅）是由787 株实生苗中选出的[18]。随着杂交群体规模的不断增加，西北农林科技大学从1 294 株杂种实生苗中选育出了晚熟、黄色苹果新品种瑞雪（秦富1 号×粉红女士）和晚熟、红色苹果新品种瑞香红（秦富1 号×粉红女士）[19-20]，从2 365 株杂种实生苗中选育出了晚熟、红色优质苹果新品种瑞阳（富士×秦冠）[21]，从3 535 株杂种实生苗中选育出了晚熟优质品种秦脆（长富2 号×蜜脆）[22]，这些苹果新品种都有望改善富士在我国苹果种植中一家独大的局面。

陈学森等[23]认为，要实现基本的育种目标，育成有特色的世界性苹果“大品种”，杂交组合后代的实生苗群体至少要有3 000 株。本研究中，富士×嘎拉和富士×金冠杂交组合后代群体优系产出率无论是理论计算还是实际调查结果，都为0.8%，由此可推导出杂交组合后代实生苗群体最少要达到1 250 株；富士×秦冠组合理论上优系产出率在0.1%左右，最少需1 000 株杂交后代才可以选出1株符合育种目标的优系，调查发现，其优系产出率为0.5%，杂种实生苗群体最少需要2 000 株，事实上，我们已从2 365 株杂种实生苗中选育出了新品种瑞阳；富士×粉红女士杂交组合育种目标中果实色泽为红色时，优系产出率为0.13%，最小群体可为770 株，育种目标中果实色泽为非红色时，优系产出率为0.1%，最小群体可为1 000 株，实际上，我们已从1 294 株后代中选育出了优良品种瑞雪（黄色）和瑞香红（红色），这可提供参考。

本研究选取的4 个杂交组合优系产出率在0.1%左右，即在1 000 株杂交实生苗中可筛选出1株优系，杂交实生苗群体最小可为1 000 株。然而，在苹果杂交育种中，优系要进一步选择，通过区试和决选后才能成为新品种，要育成国际性苹果新品种，所需的杂交实生苗群体会更大，这需要进一步研究。

4 结论

本研究按照既定的育种目标，在只考虑果实成熟期综合性状的基础上，富士×嘎拉、富士×秦冠、富士×粉红女士和富士×金冠4 个杂交组合后代优系比率分别为0.08%、0.05%、0.13%和0.08%。