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橡胶树育种技术概述
摘要:本文介绍了生物技术在橡胶树育种中的应用，主要包括组织培养技术、染色体工程技术、分子标记技术、基因工程技术等方面的内容；并分析了在橡胶树育种中存在的问题，提出了相应的解决办法。关键词: 橡胶树；生物技术；组织培养；育种前言
新中国成立以来, 我国天然橡胶生产获得了快速的发展。据统计, 1951~ 2007年的近60年间, 我国橡胶单产由450 kg /hm2上升到1168 kg /hm2, 净增1.6倍, 种植总面积由2000多hm2 扩增到87.5万hm2, 净增436.5倍。进入20世纪90年代以来, 由于育种技术上没有取得重大突破, 橡胶的单产和总产始终徘徊不前。据国际橡胶研究组织预测, 我国到2020年对天然橡胶的年需求量将比现在增加一倍, 达到400万t，而年生产能力仅达65万t，单产约1200 kg /hm2, 为满足我国对橡胶日益增长的需求, 每年需要进口橡胶300多万t。因此, 今后10年我国要不断提高橡胶自给率, 橡胶单产应在2008年1000 kg /hm2 的基数上每年递增2%。在难以扩大生产规模的条件下, 只有通过提高单产水平, 才有助于缓解有限生产量与出现大幅增长态势的消耗量间的矛盾, 要完成这项目标, 橡胶生产必须有优良的品种和有效的丰产栽培措施作技术支撑。因此, 对我国橡胶树育种目前所面临的问题进行深入分析并努力寻找对策是我国橡胶树育种界肩负的重任, 也是橡胶树育种科技发展的重要组成部分。生物技术在橡胶树育种中的应用
2.1 组织培养技术在橡胶树育种中的应用
橡胶树的组织培养，无论在理论研究还是在实际应用上都具有十分重要的意义，尤其是花药培养。以花药培养来培育近似“实生树”植株，可消除目前在实生树砧木上芽接造成的遗传性变异，并可为研究各种经济性状的遗传规律提供优良材料。自从20 世纪70 年代末我国科技工作者利用离体花药相继成功地培育出花粉单倍体及花药二倍体植株以来，有关这方面的研究得到迅速发展。1977 年，中科院遗传所等单位率先诱导出花粉单倍体植株。1981 年小植株诱导率(小植株/接种花药数)可达3%，现在已诱导出13个品种1505株的单倍体植株，移栽成活499 株，移栽成活率64.2%。吴胡蝶等对橡胶花药体细胞胚形成及植株再生都获得了再生植株。研究表明诱导愈伤组织阶段为26 ℃，诱导胚状体阶段为24～25 ℃，诱导胚状体萌发成苗阶段为26～27 ℃。从而可以看出，温度是橡胶雄蕊培养及体细胞植株再生非常重要的培养条件。
2.2 染色体工程技术在橡胶树育种中的应用
在植物界中，多倍体普遍存在，是植物在进化过程中的一种现象，人工诱导多倍体可以改良某些不良性状，促进作物向人类有益方面发展。目前人工诱导橡胶树细胞染色体数加倍方法的研究已有不少报道。热带作物生物技术国家重点实验室于1979 年首次诱导橡胶雄性细胞染色体加倍，获得加倍了的花粉(n＝36)，结合常规人工授粉技术，在一个花季内，一次性获得纯合三倍体，从而免去通常先诱导出四倍体，等其开花后再与二倍体杂交培育三倍体所花去的时间，并增强了父本的特性，大大缩短了育种周期，加快了育种步伐。曾宪松等用0.5% 的秋水仙素处理橡胶树二倍体花药体细胞愈伤组织(浸泡或滴渍)1 d，可有效地从多倍性的细胞再分化成多倍性胚状体并再生植株。赖杭桂等用秋水仙素诱导橡胶花芽进行性细胞染色体数加倍，用加倍的父本小孢子(n＝36)与未加倍的母本(n＝18)，或与胚珠加倍的母本(n＝36)人工杂交，便可形成三倍或四倍性合子，由此发育而成的植株可获得纯合的三倍体或四倍体，从而消除植株的混倍现象。
2.3 分子标记技术在橡胶树育种中的应用
分子标记是以生物大分子(主要是遗传物质DNA)的多态性为基础的一种遗传标记。与传统的形态学标记、细胞学标记及生化标记相比，分子标记具有以下优点：① 直接以DNA 的形式表现。在植物的各个组织、器官及发育时期均可检测到，不受季节、环境条件限制，不存在表达的问题。② 数量极多。遍及整个生物基因组。③ 多态性高。存在着许多自然的等位变异(多态性)，不需专门创造特殊的遗传材料。④ 表现为“中性”。即不影响目标性状的表达，其与不良性状无必然的连锁。⑤ 许多分子标记表现为共显性，能够鉴别出纯合基因型和杂合基因型。⑥ 随机分布在基因组内，具有代表性[15]。现常用的分子标记技术有限制性片段长度多态性(RFLP)、随机扩增多态性DNA(RAPD)、扩增片段长度多态性(AFLP)、简单重复序列(SSR)、简单重复间序列(ISSR)等。目前这些技术已广泛应用于橡胶树育种的各个方面。
2.4 基因工程在橡胶树育种中的应用
基因工程是20 世纪70 年代发展起来的一个新科学领域。将天然或构建的外源基因导入细胞的基因中，从而打破了生物种间杂交障碍，扩大了物种杂交的范围，大大加快了变异的速度。目前，关于橡胶树基因工程的研究国外报道较多，Arokiaraj 等应用农杆菌介导和基因枪法，成功地将β-葡糖苷酸酶(GUS)和新霉素磷酸转移酶(nptII)等基因导入橡胶树花药的愈伤组织，并获得完整植株。Montoro 等也通过根癌农杆菌介导，成功地获得了橡胶树转基因胚胎形成的愈伤组织系。从而可以看出，转基因橡胶树培育技术的成功，为橡胶树的育种工作开辟了一条更直接的途径。橡胶树育种面临的问题
3.1 育种材料改良创新有待加强
育种材料的遗传和创新研究是橡胶树育种的基础。优良的育种材料常常使橡胶树育种工作获得重大突破, 其意义远远超过品种本身。如中国热带农业科学院橡胶所以RRIM600、PR107为亲本育成的一批高产橡胶树品种, 经全国各地推广应用, 使橡胶单产大幅度提高, 被誉为“三生代橡胶树“。其中, 热研7-33-97仅海南省推广面积已达52140hm2, 开割胶园为16653 hm2, 干胶年均单产超过1500 kg /hm2, 经济效益新增5.8亿元, 2009年荣获海南省科技成果转化特等奖。在我国抗寒橡胶树的育种方面, 云南省热带作物科学研究所将GT1与PR107杂交, 育出不少高产抗寒橡胶树杂交种, 其中云研77-
2、云研77-4已在云南橡胶生产上大规模推广应用。由此可见, 育种材料改良创新是实现高产多抗育种目标的关键步骤, 因此有必要进一步加强育种材料的改良创新。
3.2 育种手段落后
随着橡胶生产的发展, 市场对品种综合性状提出的要求越来越高。综合性状的选育客观上要求综合运用各种技术和手段。目前国内各单位在橡胶树育种工作中采用的手段主要来源于抗风抗寒育种、品质分析、生理生化等常规技术, 我国率先成功研发的橡胶树花药组织培养虽起步较早, 但后续研究未跟上, 转基因植株应用于生产还有很长的路要走。同其它农作物相对比, 许多我们视为的高新技术已被国内外大多数作物育种者当作常规育种技术来使用。当前分子标记(SSR、AFLP等)、转基因、反义RNA技术等现代分子生物学技术在抗性育种、种群遗传结构分析、系统进化与分类、品种与种质鉴定、品质育种等方面已展现了巨大威力, 在橡胶树抗风抗寒育种上利用这些技术有可能较好地解决用常规技术至今未突破的难题。
3.3 遗传背景狭窄, 突破性杂交种少
我国引种保存的种质资源主要是由“魏克汉种质”和“81’RRDB种质“两部分组成, 此外还包括一部分橡胶树属(Hevea)的近缘种, 其他来源的种质资源数量很少。丰富的种质资源是育种的基础。种质基础狭窄已经成为我国橡胶树育种研究可持续发展的主要限制因素, 造成杂交种产量水平提高缓慢, 品种抗风性和抗寒性普遍有待提高。各科研单位的材料交流越来越少, 给参试材料的进一步丰富带来极大困难, 育种的突破则更加困难。橡胶育种50多年来, 已经我国审定的品种数量很多, 但能在生产上推广种植的却较少, 每个地区易被胶农接受的仅有3~ 5个。推广率难得有较大的提高, 大量的科研成果闲置或半闲置, 这可能主要因为胶树是多年生植物, 其生长周期长达30年以上, 但从另一个侧面也说明目前选育出的品种无突出特点, 突破性品种较少, 这对参与国际化的育种竞争是极为不利的。
3.4 品种综合抗逆性较差
近20年来, 由多主棒孢(Corynespora caiicola)引起的橡胶树棒孢霉落叶病是威胁世界天然橡胶生产的第二大重要病害, 仅次于南美叶疫病, 目前已在我国的部分橡胶树种植园发生。白粉病也是橡胶树的主要病害之一, 我国自1959年首次大流行以来, 直至近年仍常有发生, 只是程度不同而已。而且, 近年来, 我国橡胶树大规模推广的品种对特大寒害抗性普遍较差, 特别是国外引进的高产品种对低温抗性更差, 多数品种受此类寒害影响表现明显, 在橡胶生产中存在潜在的风险。此外, 风害发生也偏重。抗风抗寒育种已成为我国橡胶树育种的薄弱环节, 大多数大面积推广的品种抗风抗寒能力不强, 广适性较差。近年来特大台风、低温危害特别是低温的发生使橡胶树育种者意识到特大风寒灾害是当前面临的主要问题和挑战。
3.5 品种老化, 结构单一
自我国大力发展天然橡胶以来, 橡胶树选育工作始于20世纪50年代初, 到60年代初生产上以推广国外高产品种PR107、RRIM 600和GT1为主, 达到良种化目的, 在过去的几十年里, 这些品种的大规模应用为我国橡胶业的发展做出了卓越贡献。在新的历史条件下, 橡胶产业对品种又有了更高的要求,推广应用能满足生产需求的多抗高产优良新品种将为产业可持续健康发展提供保障。由于橡胶树的生长周期长, 更新投入不足, 不同的环境类型小区对橡胶品种的要求各不相同, 品种不能很好地适应, 从而导致优良新品种推广速度慢, 最终形成我国橡胶树品种结构几十年不变局面。据不完全统计, 截至2009年, PR107、RRIM600、GT1的种植面积约占全国橡胶种植总面积的80%;实生树和其它品种约占9%;高产、抗性强且适合我国各植胶环境的优良新品种所占比例仅约为11%。
参考文献
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